En molekylär orbital är i huvudsak den väg som en elektron tar runt en molekyl. Detta är mycket likt en atomomloppsbana, förutom att en molekylomloppsbana är en väg som tar hänsyn till fältet för mer än en kärna. Det finns två typer av molekylär orbital, en bindande och en antibindande. Detta bestäms i princip av om de kretsande elektronerna rör sig runt kärnorna i fas eller ur fas. Molekylära orbitaler är i grunden överlappande atomära orbitaler, och graden med vilken de går ihop avgör om atomerna kommer att binda eller inte.
Innan man kan förstå orbitaler är det viktigt att känna till strukturen hos en atom. Protoner och neutroner upptar kärnan i atomen, som är en mycket kondenserad behållare som sitter i centrum av en atom. Elektroner susar runt utsidan av kärnan, i huvudsak på samma sätt som planeter kretsar runt solen. En förenklad beskrivning av hur elektroner kretsar kring en kärna delar upp elektronerna i ”skal”, som i grunden är stora cirklar som omger kärnan som kan innehålla en bestämd mängd elektroner. Precis som med planetbanor tar elektronbanor inte formen av perfekta cirklar.
Alla elektroner tar sig inte runt en atom i ordnade cirklar. Istället har de ofta mer ovanliga banor, och den specifika omloppsbana de har beskrivs av atomomloppsteorin. ”s” orbital är den enklaste, och detta är i huvudsak en sfärisk orbital. Det finns också hantelformade orbitaler, kallade ”p” orbitaler, som finns i tre olika linjer. Interaktionen mellan de två atomära orbitalen bestämmer typen av den molekylära orbitalen.
När två atomer binder, försöker elektronerna fortfarande att följa sitt inställda omloppsmönster, och deras positioner bestämmer typen av molekylär orbital. Den första typen av molekylär orbital kommer när elektronerna kretsar runt båda kärnorna i fas och överlappar någon gång. Detta skapar en ”bindande” orbital, eftersom elektronernas överlappning intensifierar den negativa laddningen och sänker molekylens potentiella energi. Det skulle därför kräva energi för att dela dem tillbaka till sina separata atomer, och atomerna stannar tillsammans.
Den andra typen av molekylär orbital är när elektronerna kretsar ur fas. Detta minskar den negativa laddningen som de skapar, vilket i sin tur ökar den totala potentiella energin som lagras i molekylen. Elektroner gillar låg potentiell energi, så de är mer benägna att separera än att kretsa ur fas. Den låga potentiella energin i en utfasad bana betyder alltså att atomerna splittras och bindningen inte bildas.