Un orbital molecular este în esență calea pe care o ia un electron în jurul unei molecule. Acesta este foarte asemănător cu un orbital atomic, cu excepția faptului că un orbital molecular este o cale care ia în considerare câmpul a mai mult de un nucleu. Există două tipuri de orbital molecular, unul de legare și unul anti-legare. Acest lucru este decis în esență dacă electronii care orbitează se mișcă în jurul nucleelor în fază sau defazat. Orbitii moleculari sunt practic orbitali atomici care se suprapun, iar gradul în care se îmbină determină dacă atomii se vor lega sau nu.
Înainte de a putea înțelege orbitalii, este important să cunoaștem structura unui atom. Protonii și neutronii ocupă nucleul atomului, care este un recipient foarte condensat care se află în centrul unui atom. Electronii zboară în jurul exteriorului nucleului, în esență, în același mod în care planetele orbitează în jurul Soarelui. O descriere simplistă a modului în care electronii orbitează un nucleu împarte electronii în „cochilii”, care sunt practic cercuri mari care înconjoară nucleul care pot conține o anumită cantitate de electroni. La fel ca în cazul orbitelor planetare, orbitalii de electroni nu iau forma unor cercuri perfecte.
Nu toți electronii își croiesc drum în jurul unui atom în cercuri ordonate. În schimb, au adesea orbite mai neobișnuite, iar orbita specifică pe care o au este descrisă de teoria orbitală atomică. Orbitalul „s” este cel mai simplu, iar acesta este în esență un orbital sferic. Există, de asemenea, orbitali în formă de gantere, numiți orbitali „p”, care vin în trei aliniamente diferite. Interacțiunea dintre cei doi orbitali atomici determină tipul orbitalului molecular.
Când doi atomi se leagă, electronii încă încearcă să urmeze modelul orbital stabilit, iar pozițiile lor determină tipul de orbital molecular. Primul tip de orbital molecular apare atunci când electronii orbitează ambele nuclee în fază și se suprapun la un moment dat. Acest lucru creează un orbital de „legare”, deoarece suprapunerea electronilor intensifică sarcina negativă și scade energia potențială a moleculei. Prin urmare, ar fi nevoie de energie pentru a le împărți înapoi în atomii lor separați, iar atomii rămân împreună.
Celălalt tip de orbital molecular este atunci când electronii orbitează în afara fazei. Acest lucru scade sarcina negativă pe care o creează, ceea ce la rândul său crește energia potențială totală stocată în moleculă. Electronilor le place o energie potențială scăzută, așa că este mai probabil să se separe decât orbita în afara fazei. Energia potențială scăzută a unei orbite defazate înseamnă, prin urmare, că atomii se despart, iar legătura nu se formează.