sp3杂化（英逗蠢语：sp3 hybridization）是指一个原子同一电子层内由一个ns轨道和三个np轨道发生杂化的过程。原子发生sp3杂化后，上述ns轨道和np轨道便会转化成为四个等价的原子轨道，称为“sp3杂化轨道”。四个sp3杂化轨道的对称轴两两之间的夹角相同，皆为109°28'。sp3杂化一般发生在分子形成过程中。杂化发生前，原子最外层s轨道中的一个电子被激发至p轨道，使将要发生杂化的原子进入激发态；之后，该层的s轨道与三个p轨道发生杂化。此过程中，能量相近的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山谨陪并调整方向。
以甲烷为例：基态C原子中已配对的2s电子拆开，其中1个电子跑到能量稍高的2p轨道中（Pz空轨道）去，这一过程叫电子跃迁；接着进行杂化，一个2S轨道和3个2P轨道杂化，生成4个晌手能量相等的sp3杂化轨道。因为是平均混合，每个sp3杂化轨道含有1/4s和3/4的p轨道的成份，其中各有1个成单电子。最后这4个电子再与4个H原子中的1s电子配对成σ（sigma）键，从而形成CH4。