原子轨道的线性组合是指=，其中为任意的组合系数。由于微分方程特解的线性组合仍然是该微分方程的解，因此原子轨道的线性组合仍然是该原子中电子的薛定谔方程的解。其可以看成描述原子轨道通过相互叠加而发生改变的产物。在化学反应过程中，原子要参与化学键的形成，势必原子轨道波函数发生改变，形成分子轨道(即分子中的单电子轨道)。所以可以通过不同原子的原子轨道线性组合来求解分子轨道，这是量子化学中一种用来计算分子轨道的方法。