sp3d杂化(英语:sp3d hybridization)是指一个原子内的一个s轨道、三个p轨道和一个d轨道发生杂化的过程。原子发生sp3d杂化后,上述s轨道、p轨道和d轨道便会转化成为五个杂化轨道,称为“sp3d杂化轨道”。五个sp3d杂化轨道分别存在于两个平面上,其中,位于水平面的三个杂化两两之间的夹角皆为120°,另有两个杂化轨道位于轴向平面、对称地分布于水平平面两侧。一般认为sp3d杂化的水平杂化轨道是由s、p和p轨道组成的,而轴向杂化轨道则由p和d组成。
以AsF5的砷原子为例:处于基态的砷原子(电子排布式为:3d104s24p3)的一个4s电子激发至一个空的4d轨道上,使原子进入激发态(电子排布式为:4s14p34d1)。它的一个4s轨道、三个4p轨道和一个4d轨道进行sp3d杂化,形成五个sp3d杂化轨道。该过程中砷原子的轨道排布变化情况如下图所示: