Hybridisierung bezeichnet in der Werkstoffwissenschaft die kohärente Überlagerung quantenmechanischer Zustände, typischerweise atomarer Orbitale oder elektronischer Bänder, zu neuen, energetisch und räumlich modifizierten Zuständen. Im atomaren Bild führt die Mischung von s-, p-, d- oder f-Orbitalen zu gerichteten Hybridorbitalen (z.B. sp², sp³), die Bindungswinkel, Koordinationsgeometrie und damit Kristallstruktur und mechanische Eigenschaften wesentlich bestimmen (z.B. Graphit vs. Diamant).

Auf bandtheoretischer Ebene spricht man von Band‑Hybridisierung, wenn sich elektronische Bänder unterschiedlicher orbitaler oder atomarer Herkunft stark koppeln. Dies führt zu Anti‑Kreuzungen (avoided crossings), Aufspaltungen in bindende und antibindende Bänder sowie zu charakteristischen Veränderungen der Zustandsdichte. In Intermetalliken, Halbleiter‑Heterostrukturen oder Übergangsmetalloxiden bestimmt diese Hybridisierung entscheidend Leitfähigkeit, magnetische Ordnung und optische Übergänge.

Mathematisch resultieren die hybriden Zustände aus der Diagonalisierung des Hamiltonoperators in einer Basis nicht‑entkoppelter Zustände; die Mischung wird durch Kopplungsmatrixelemente kontrolliert. Stärke und Symmetrie der Hybridisierung hängen von Orbitalüberlappung, Energieabstand, Kristallsymmetrie und chemischer Umgebung ab. Für das werkstoffwissenschaftliche Design ist Hybridisierung zentral, da sie gezielt über Legierungszusammensetzung, Druck, Spannungszustand oder Grenzflächen‑Engineering beeinflusst werden kann, um elektronische, magnetische und mechanische Funktionalitäten maßgeschneidert einzustellen.