Ortonormální systém je ortogonální systém, ve kterém má každý prvek systému jednotkovou normu .
Pro všechny prvky tohoto systému skalární součin , kde je Kroneckerův symbol :
Jako základ pro prostor lze použít ortonormální systém, pokud je kompletní. V tomto případě lze rozklad libovolného prvku vypočítat pomocí vzorců: , kde .
Navíc tento systém funkcí bude také ortonormálním základem v prostoru .
Z jakéhokoli lineárně nezávislého systému lze sestavit ortonormální systém použitím Gram-Schmidtova procesu ortogonalizace .