sp3d2杂化(英语:sp3d2 hybridization)是指一个原子同一电子层内由一个s轨道、三个p轨道和两个d轨道发生生杂化的过程。原子发生sp3d2杂化后,上述s、p和d轨道便会转化成为六个轨道,称为“sp3d2杂化轨道”。六个sp3d2杂化轨道分别存在于两个平面上,其中,位于水平面的四个杂化两两之间的夹角皆为90°,另有两个杂化轨道位于轴向平面、对称地分布于水平面两侧。一般认为sp3d2杂化的水平杂化轨道是由s、p、p和d轨道组成的,而轴向杂化轨道则由p和d组成。sp3d2杂化一般发生在分子形成过程中。杂化过程中,能量相近的d轨道、s轨道和p轨道发生叠加,不同类型的原子轨道重新分配能量并调整方向。
以3−中的铁离子(Fe3+)为例:处于基态的Fe3+(电子排布式为:3d5)的一个空的4s轨道、三个空的4p轨道和两个空的4d轨道进行sp3d2杂化,形成六个sp3d2杂化轨道。该过程中铁离子的轨道排布变化情况如下图所示(图中灰色的配位电子对由6个氟离子提供):