在化学与原子物理学中，f轨道（英语：f orbital）是一种原子轨道，其角量子数为3，其磁量子数可以为0、±1、±2、±3，且每个壳层里中有七个f轨道，fz3、fxz2、fyz2、fxyz、fz(x2-y2)、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2)，有三种形状，且方向不同，每个可以容纳2个电子，因此，f轨道共可以容纳14个电子。
f轨道是锕系元素和镧系元素的价轨道，较不常见，只从第6周期开始出现，由于能级交错，第六周期s轨道填满后就直接先填f轨道了。
f轨道的 f 是指 fundamental ，其为“基系光谱”之意
f轨道从主量子数n=4时开始出现，由于主量子数不能小于4，因此最小的f轨道是4f轨道，且不存在1f、2f和3f轨道。当角量子数=4时，对应于7个磁量子数：3、2、1、0、-1、-2、-3。每个壳层皆有7个f轨道，分别为fz3、fxz2、fyz2、fxyz、fz(x2-y2)、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2)，有三种形状，其中磁量子数m = ±1或±3时（fxz2、fyz2、fx(x2-3y2)、fy(3x2-y2)）形状相同但方向不同为豆子形；磁量子数m = ±2时（fxyz、fz(x2-y2)）形状相同但方向不同，为八哑铃形；而磁量子数m = 0时，fz3轨道是七个f轨道中形状较特别的一个，类似于d轨道的dz2，但多了一个环。
七个f轨道的角量子数ℓ皆为3。f轨道的三次谐波经常表示为：
的f轨道角部分的三次谐波为。在许多情况下，球状谐波选择不同的线性组合构建三次f轨道的基组。
。在许多情况下，球状谐波选择不同的线性组合构建三次f轨道的基组。与
由于d轨道与f轨道的能量非常接近，因此有时会有f轨道还没填满但先填入了d轨道的情形，例如钍会先在d轨道中填2颗电子再继续填f轨道。
f区元素是指这些元素中具有最高能量的电子是填在f轨道上的，符合此性质的是元素周期表中的镧系元素和锕系元素。这一区中同周期的元素之间的性质差别很小，这一点在镧系各元素中表现得很明显。
