Ένα μοριακό τροχιακό είναι ουσιαστικά η διαδρομή που ακολουθεί ένα ηλεκτρόνιο γύρω από ένα μόριο. Αυτό μοιάζει πολύ με ένα ατομικό τροχιακό, με τη διαφορά ότι ένα μοριακό τροχιακό είναι μια διαδρομή που λαμβάνει υπόψη το πεδίο περισσότερων του ενός πυρήνων. Υπάρχουν δύο τύποι μοριακών τροχιακών, ένα συνδετικό και ένα αντι-δεσμικό. Αυτό ουσιαστικά αποφασίζεται από το εάν τα ηλεκτρόνια που βρίσκονται σε τροχιά κινούνται γύρω από τους πυρήνες εντός ή εκτός φάσης. Τα μοριακά τροχιακά είναι βασικά επικαλυπτόμενα ατομικά τροχιακά και ο βαθμός στον οποίο πηγαίνουν μαζί καθορίζει εάν τα άτομα θα συνδεθούν ή όχι.
Προτού μπορέσουμε να κατανοήσουμε τα τροχιακά, είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τη δομή ενός ατόμου. Τα πρωτόνια και τα νετρόνια καταλαμβάνουν τον πυρήνα του ατόμου, ο οποίος είναι ένα πολύ συμπυκνωμένο δοχείο που βρίσκεται στο κέντρο ενός ατόμου. Τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από το εξωτερικό του πυρήνα, ουσιαστικά με τον ίδιο τρόπο που οι πλανήτες περιφέρονται γύρω από τον ήλιο. Μια απλοϊκή περιγραφή του τρόπου με τον οποίο τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από έναν πυρήνα χωρίζει τα ηλεκτρόνια σε “κελύφη”, τα οποία είναι βασικά μεγάλοι κύκλοι που περιβάλλουν τον πυρήνα και μπορούν να περιέχουν μια καθορισμένη ποσότητα ηλεκτρονίων. Ακριβώς όπως με τις πλανητικές τροχιές, τα τροχιακά ηλεκτρονίων δεν παίρνουν το σχήμα τέλειων κύκλων.
Τα ηλεκτρόνια δεν κάνουν όλα τον δρόμο τους γύρω από ένα άτομο σε καθορισμένους, τακτικούς κύκλους. Αντίθετα, συχνά έχουν πιο ασυνήθιστες τροχιές και η συγκεκριμένη τροχιά που έχουν περιγράφεται από την ατομική τροχιακή θεωρία. Το τροχιακό “s” είναι το απλούστερο, και αυτό είναι ουσιαστικά ένα σφαιρικό τροχιακό. Υπάρχουν επίσης τροχιακά σε σχήμα αλτήρα, που ονομάζονται τροχιακά “p”, τα οποία έρχονται σε τρεις διαφορετικές ευθυγραμμίσεις. Η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο ατομικών τροχιακών καθορίζει τον τύπο του μοριακού τροχιακού.
Όταν δύο άτομα συνδέονται, τα ηλεκτρόνια εξακολουθούν να προσπαθούν να ακολουθήσουν το καθορισμένο τροχιακό τους σχέδιο και οι θέσεις τους καθορίζουν τον τύπο του μοριακού τροχιακού. Ο πρώτος τύπος μοριακού τροχιακού έρχεται όταν τα ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από τους δύο πυρήνες σε φάση και επικαλύπτονται σε κάποιο σημείο. Αυτό δημιουργεί ένα τροχιακό «δέσμευσης», επειδή η επικάλυψη των ηλεκτρονίων εντείνει το αρνητικό φορτίο και μειώνει τη δυναμική ενέργεια του μορίου. Ως εκ τούτου, θα απαιτούσε ενέργεια για να τα χωρίσει στα χωριστά άτομά τους και τα άτομα να παραμείνουν μαζί.
Ο άλλος τύπος μοριακού τροχιακού είναι όταν τα ηλεκτρόνια περιφέρονται εκτός φάσης. Αυτό μειώνει το αρνητικό φορτίο που δημιουργούν, το οποίο με τη σειρά του αυξάνει τη συνολική δυναμική ενέργεια που αποθηκεύεται στο μόριο. Στα ηλεκτρόνια αρέσει μια χαμηλή δυναμική ενέργεια, επομένως είναι πιο πιθανό να διαχωριστούν παρά να περιφέρονται σε τροχιά εκτός φάσης. Η χαμηλή δυναμική ενέργεια μιας τροχιάς εκτός φάσης, λοιπόν, σημαίνει ότι τα άτομα χωρίζονται και ο δεσμός δεν σχηματίζεται.