Bij sp2-hybridisatie worden drie gelijkwaardige hybride orbitalen gevormd door het mengen van één s-orbitaal en twee p-orbitalen. Deze hybride orbitalen vormen drie sigma-bindingen met drie andere atomen, wat resulteert in een trigonale vlakke moleculaire geometrie. De resterende p-orbitaal staat loodrecht op het vlak van de drie sp2-hybride orbitalen en kan deelnemen aan pi-binding.

Voorbeelden van moleculen met een trigonale vlakke moleculaire geometrie zijn boortrifluoride (BF3), koolstofdioxide (CO2) en formaldehyde (H2CO). In deze moleculen is het centrale atoom (respectievelijk boor, koolstof en koolstof) sp2-gehybridiseerd en vormt het drie sigma-bindingen met de omringende atomen.