金屬鍵是一種化學鍵合，由傳導電子（以離域電子的電子云的形式）和帶正電的金屬離子之間的靜電引力產生。 它可以描述為帶正電的離子（陽離子）結構中自由電子的共享。 金屬鍵考慮了金屬的許多物理特性，例如強度、延展性、熱電阻率和電阻率以及電導率、不透明度和光澤。

金屬鍵并不是金屬可以表現出的xxx化學鍵類型，即使是純物質也是如此。 例如，元素鎵由液態和固態的共價原子對組成——這些原子對形成晶體結構，它們之間有金屬鍵。 金屬-金屬共價鍵的另一個例子是汞離子 (Hg2+_2)。

隨著化學發展成為一門科學，很明顯金屬構成了元素周期表的大部分，并且在描述與酸反應時可以形成的鹽方面取得了很大進展。 隨著電化學的出現，很明顯金屬通常以帶正電的離子形式進入溶液，并且金屬的氧化反應在其電化學系列中得到很好的理解。 一幅金屬的圖片出現了，正離子被負電子的海洋聚集在一起。

隨著量子力學的出現，這幅圖以自由電子模型及其進一步擴展即近自由電子模型的形式得到了更正式的解釋。 在這兩個模型中，電子都被視為一種氣體，其能量基本上是各向同性的，通過固體結構行進，因為它取決于大小的平方，而不是動量矢量 k 的方向。 因此，在三維 k 空間中，最高填充能級（費米面）的點集應該是一個球體。 在近自由模型中，盒狀布里淵區通過（離子）結構經歷的周期性勢能添加到 k 空間，從而溫和地破壞各向同性。

X 射線衍射和熱分析的出現使研究結晶固體（包括金屬及其合金）的結構成為可能； 并繪制了相圖。 盡管取得了所有這些進展，但金屬間化合物和合金的性質在很大程度上仍然是個謎，它們的研究通常只是經驗性的。 化學家通常會避開任何似乎不遵循道爾頓倍數定律的東西； 這個問題被認為是另一門科學領域，冶金學。

近自由電子模型被該領域的一些研究人員熱切采用，尤其是 Hume-Rothery，試圖解釋為什么具有某些成分的某些金屬間合金會形成而其他金屬間合金不會形成。 最初 Hume-Rothery 的嘗試相當成功。 他的想法是添加電子，使一系列布里淵盒內的球形費米氣球膨脹，并確定某個盒子何時會充滿。 這預測了后來觀察到的相當大量的合金成分。 一旦回旋共振可用并且可以確定氣球的形狀，人們發現氣球是球形的假設并不成立，也許銫的情況除外。 這一發現將許多結論簡化為模型有時如何給出一系列正確預測但仍然是錯誤的示例。

近乎自由電子的崩潰向研究人員表明，任何假設離子處于自由電子海洋中的模型都需要修改。 因此，開發了許多量子力學模型，例如基于分子軌道或密度泛函理論的能帶結構計算。 在這些模型中，要么偏離共享電子的中性原子的原子軌道，要么（在密度泛函理論的情況下）偏離總電子密度。 然而，自由電子的觀點在教育領域仍然占據主導地位。

電子能帶結構模型不僅成為金屬研究的主要焦點，而且成為半導體研究的主要焦點。

與電子狀態一起，振動狀態也顯示形成帶。 魯道夫佩爾斯表明，在一維金屬原子行的情況下——比如氫——必須出現不穩定性，這將導致這樣的鏈分裂成單個分子。 這引發了人們對一般問題的興趣：集體金屬鍵何時穩定，何時會出現更局部的鍵合形式？ 許多研究進入了金屬原子簇的研究。

盡管能帶結構模型的概念在描述金屬鍵合方面被證明是強大的，但它的缺點是保持單電子近似。