Molekularna orbitala je u biti put kojim elektron prolazi oko molekule. Ovo je vrlo slično atomskoj orbitali, osim što je molekularna orbita put koji uzima u obzir polje više od jedne jezgre. Postoje dvije vrste molekularnih orbitala, vezna i antivezujuća. O tome se u osnovi odlučuje hoće li se elektroni u orbiti kretati oko jezgre u fazi ili izvan faze. Molekularne orbitale su u osnovi atomske orbitale koje se preklapaju, a stupanj u kojem se one spajaju određuje hoće li se atomi vezati ili ne.
Prije nego možemo razumjeti orbitale, važno je poznavati strukturu atoma. Protoni i neutroni zauzimaju jezgru atoma, koja je vrlo kondenzirana posuda koja se nalazi u središtu atoma. Elektroni kruže oko vanjske strane jezgre, u biti na isti način na koji planeti kruže oko Sunca. Pojednostavljeni opis kako elektroni kruže oko jezgre dijeli elektrone u “ljuske”, koje su u osnovi veliki krugovi koji okružuju jezgru i koji mogu sadržavati određenu količinu elektrona. Baš kao i kod planetarnih orbita, orbitale elektrona ne poprimaju oblik savršenih krugova.
Ne prolaze svi elektroni oko atoma u zadanim, uređenim krugovima. Umjesto toga, često imaju neobičnije orbite, a specifična orbita koju imaju opisana je teorijom atomskih orbita. “s” orbitala je najjednostavnija, a ovo je u biti sferna orbitala. Postoje i orbitale u obliku bučice, nazvane “p” orbitale, koje dolaze u tri različita poravnanja. Interakcija između dviju atomskih orbitala određuje tip molekularne orbitale.
Kada se dva atoma vežu, elektroni još uvijek pokušavaju slijediti svoj orbitalni uzorak, a njihov položaj određuje vrstu molekularne orbitale. Prvi tip molekularne orbitale dolazi kada elektroni kruže oko obje jezgre u fazi i preklapaju se u nekom trenutku. To stvara “vezujuću” orbitalu, jer preklapanje elektrona pojačava negativni naboj i smanjuje potencijalnu energiju molekule. Stoga bi bila potrebna energija da se razdvoje u njihove zasebne atome, a atomi ostaju zajedno.
Druga vrsta molekularne orbitale je kada elektroni kruže izvan faze. To smanjuje negativni naboj koji stvaraju, što zauzvrat povećava ukupnu potencijalnu energiju pohranjenu u molekuli. Elektroni vole nisku potencijalnu energiju, pa je vjerojatnije da će se odvojiti nego da će orbita biti izvan faze. Niska potencijalna energija orbite izvan faze znači da se atomi razilaze, a veza ne nastaje.