在量子化學中，分子中原子的量子理論 (QTAIM)，有時稱為分子中的原子 (AIM)，是分子和凝聚態電子系統（如晶體）的模型，其中分子結構的主要對象 - 原子和鍵 - 是系統可觀察到的電子密度分布函數的自然表達。 分子的電子密度分布是一種概率分布，它描述了電子電荷在原子核施加的引力場中分布在整個真實空間中的平均方式。 根據 QTAIM，分子結構由電子密度的固定點以及在這些點處起源和終止的電子密度梯度路徑揭示。

QTAIM 最初是由 Richard Bader 教授和他在麥克馬斯特大學的研究小組在數十年的時間里開發的，從 1960 年代初期簡單分子的理論計算電子密度分析開始，到分析晶體的理論和實驗測量電子密度達到頂峰 在90年代。 QTAIM 的發展是由這樣的假設驅動的，即由于原子和鍵的概念已經并將繼續在解釋、分類、預測和交流化學方面如此普遍有用，它們應該有一個明確定義的物理基礎。

QTAIM 恢復了分子結構假設的核心操作概念，即具有附加和特征特性集的原子官能團，以及連接原子和賦予結構的鍵的定義。 QTAIM 根據電子密度的拓撲結構定義化學系統的化學鍵合和結構。 除了鍵合之外，QTAIM 還允許在每個原子的基礎上計算某些物理特性，方法是將空間劃分為恰好包含一個原子核的原子體積，原子核充當電子密度的局部吸引子。 在 QTAIM 中，原子被定義為一個適當的開放系統，即可以共享位于 3D 空間中的能量和電子密度的系統。 這些特征的數學研究在文獻中通常稱為電荷密度拓撲。

QTAIM 基于這樣一個事實，即絕大多數電子密度分布的主要拓撲特性是強xxx值的存在，這些xxx值只出現在原子核上，某些原子核對通過電子密度脊連接在一起。 就電子密度分布的梯度矢量場而言，這對應于將分子完全、非重疊地劃分為三維盆地（原子），這些盆地通過共享的二維分離（原子間表面）連接在一起。 在每個原子間表面內，電子密度在相應的核間鞍點處xxx，該點也位于相應的原子核對之間的脊的最小值，該脊由起源于 鞍點并終止于原子核。 因為 QTAIM 原子總是被電子密度梯度矢量場中通量為零的表面所束縛，所以與其他子系統定義相比，它們具有一些獨特的量子力學性質，包括獨特的電子動能滿足類似于分子的電子維里定理 電子維里定理和一些有趣的變分性質。 QTAIM 已逐漸成為一種解決有關化學系統的可能問題的方法，在以前任何其他化學模型或理論幾乎無法處理的各種情況下。

QTAIM 用于描述通過 X 射線衍射觀察到的相鄰分子之間的距離異常短的某些有機晶體。 例如，在分子氯的晶體結構中，兩個分子之間的實驗性 Cl...Cl 距離為 327 皮米，小于 350 皮米的范德華半徑之和。 在一個 QTAIM 結果中，12 個鍵路徑從每個氯原子開始到其他氯原子，包括分子中的另一個氯原子。 該理論還旨在以幾乎相同的方式解釋金屬氫的金屬特性。

該理論也適用于所謂的氫-氫鍵，因為它們出現在菲和屈等分子中。 在這些化合物中，兩個鄰位氫原子之間的距離再次小于它們的范德華半徑，并且根據基于該理論的計算機實驗，確定了它們之間的鍵合路徑。 兩個氫原子具有相同的電子密度并且是閉殼層，因此它們與所謂的二氫鍵非常不同，這種雙氫鍵是為化合物（例如 (CH3)2NHBH3）假設的，也不同于所謂的 agostic。