Khái niệm AO (Atomic Orbital - Orbital nguyên tử) xuất phát từ mô hình hiện đại về nguyên tử, không phải từ mô hình Rutherford-Bohr.

Mô hình Rutherford-Bohr, mặc dù đã có những đóng góp quan trọng vào việc hiểu cấu trúc của nguyên tử, nhưng thực chất chỉ mô tả electron theo quỹ đạo hình tròn xung quanh hạt nhân, tương tự như hành tinh quay xung quanh mặt trời. Mô hình này không giải thích được đầy đủ các hiện tượng như sự phân tán ánh sáng của nguyên tử, và nó không phù hợp với các mức năng lượng bị phân chia tinh vi.

Ngược lại, mô hình hiện đại về nguyên tử (được phát triển dựa trên cơ học lượng tử) cho rằng electron không có quỹ đạo xác định mà xuất hiện trong các khu vực không gian xác định gọi là orbital. Mỗi orbital đại diện cho một vùng không gian trong đó xác suất tìm thấy electron là cao nhất. Mô hình này sử dụng các hàm sóng để mô tả hành vi của electron, từ đó đưa ra các khái niệm về AO.

Một số khái niệm cơ bản trong mô hình hiện đại về nguyên tử bao gồm:
- Orbital s, p, d, f với các hình dáng và mức năng lượng khác nhau.
- Nguyên lý bất định Heisenberg, các nguyên tắc lượng tử và quy tắc Pauli.

Do đó, khái niệm AO có nguồn gốc từ mô hình hiện đại về nguyên tử, dựa trên cơ sở lý thuyết lượng tử.