在理論化學中，鍵合軌道在分子軌道 (MO) 理論中用于描述分子中兩個或多個原子的原子軌道之間的吸引相互作用。 在 MO 理論中，電子被描述為以波浪形式移動。 當不止一個這些波靠在一起時，這些波的同相組合會產生相互作用，從而導致一個物種非常穩定。 波的相長干涉結果導致電子密度位于結合區域內，從而在兩種物質之間形成穩定的結合。

在 H2 MO 的經典示例中，兩個獨立的 H 原子具有相同的原子軌道。 當產生分子二氫時，單個價軌道 1s 要么： 同相合并以獲得鍵合軌道，其中電子密度位于原子核之間； 或者，異相合并以獲得反鍵合軌道，其中除了兩個原子的原子核之間的空間外，電子密度在原子周圍無處不在。 鍵合軌道導致比兩個氫是單原子時更穩定的物質。 反鍵軌道不太穩定，因為中間的電子密度很小甚至沒有，兩個原子核（帶相同電荷）相互排斥。 因此，通過反鍵軌道將兩個原子保持在一起需要更多的能量。 氫的 1 價殼層中的每個電子聚集在一起以填充穩定的鍵合軌道。 因此，氫更喜歡以雙原子而不是單原子分子的形式存在。

觀察氦時，該原子在每個 1 價殼層中擁有兩個電子。 當兩個原子軌道走到一起時，它們首先用兩個電子填充成鍵軌道，但與氫不同的是，它還剩下兩個電子，然后必須進入反鍵軌道。 反鍵軌道的不穩定性抵消了鍵軌道提供的穩定作用； 因此，雙氦的鍵序為 0。這就是為什么氦更喜歡單原子而不是雙原子。

Pi鍵是由軌道的“側面”相互作用產生的。 再一次，在分子軌道中，當兩個 π 原子軌道的相互作用同相時，會發生鍵合 pi (π) 電子。 在這種情況下，π 軌道的電子密度需要沿鏡面對稱，以產生鍵合相互作用。 沿鏡像平面的不對稱性將導致該平面中的節點，并在反鍵合軌道 π* 中描述。

簡單共軛 π 系統的 MO 的一個例子是丁二烯。 要為丁二烯創建 MO，先前描述的系統的所得 π 和 π* 軌道將相互作用。 這種混合將產生 4 組軌道（也可用于描述任何二烯的 π MO）：π1 不包含垂直節點，π2 包含一個，并且都被認為是成鍵軌道； π3 包含 2 個垂直節點，π4 包含 3 個并且都被認為是反鍵軌道。

s 軌道的球形 3D 形狀在空間中沒有方向性，px、py 和 pz 軌道相互之間都是 90o。 因此，為了獲得化學鍵對應的軌道來描述化學反應，Edmiston 和 Ruedenberg 率先開發了定位程序。 例如，在 CH4 中，來自氫原子 1s 軌道的四個電子和來自碳原子的價電子（s 中的 2 個和 p 中的 2 個）占據鍵合分子軌道 σ 和 π。

然后可以將甲烷分子中碳原子的離域 MO 局域化，得到四個 sp3 雜化軌道。

分子軌道，更具體地說，鍵合軌道是一種在化學的所有不同領域中教授的理論，從有機到物理甚至分析，因為它具有廣泛的適用性。 有機化學家在他們的反應思想原理中使用分子軌道理論； 分析化學家在不同的光譜方法中使用它； 物理化學家在計算中使用它； 它甚至可以通過能帶理論（分子軌道理論的延伸）在材料化學中看到。