L'ibridazione si fa combinando matematicamente orbitali atomici (s, p, d) per formarne di nuovi, detti orbitali ibridi, che hanno energia e forma diverse e si dispongono nello spazio per spiegare la geometria molecolare (es. metano 𝐶 𝐻 4 𝐶 𝐻 4 , etene 𝐶 2 𝐻 4 𝐶 2 𝐻 4 ). Per realizzarla si "promuove" un elettrone da un orbitale (es. 2s) a un altro (es. 2p), e poi si mescolano gli orbitali di valenza per ottenere nuovi orbitali ibridi (es. sp, 𝑠 𝑝 2 𝑠 𝑝 2 , 𝑠 𝑝 3 𝑠 𝑝 3 ) con la geometria desiderata, come nel caso del carbonio.
Ciò si realizza assegnando ciascuno dei 4 elettroni di valenza ad un orbitale diverso. L'atomo di N è circondato da 3 coppie strutturali e quindi richiede un'ibridazione di tipo sp2, ottenuta combinando l'orbitale 2s con 2 dei 3 orbitali 2p. Rimane 1 orbitale 2p puro, normale al piano degli orbitali ibridi.
Mescolando e abbinando diverse linee di riproduzione possiamo combinare questi tratti in una varietà di combinazioni e creare una gamma di nuove varietà ibride.
A differenza di un orbitale sp, l'sp2 forma un angolo di 120° identificando graficamente un triangolo equilatero. Orbitali ibridi sp3: questa tipologia di orbitale è un'evoluzione dell'sp2 e consiste nella combinazione tra un orbitale s e tre orbitali p.
L'ibridazione del carbonio è un modello, un mescolamento matematico delle funzioni d'onda dell'orbitale. Non è un fenomeno reale. I nuovi orbitali, gli orbitali ibridi del carbonio, si creano quando si instaura un legame chimico tra orbitali di uguale livello energetico.