Kluczową różnicą między orbitalem molekularnym a orbitalem atomowym jest to, że orbitale atomowe opisują lokalizacje, w których prawdopodobieństwo znalezienia elektronów jest wysokie w atomie, podczas gdy orbitale molekularne opisują prawdopodobne położenie elektronów w cząsteczce.
Wiązanie w cząsteczkach zostało zrozumiane w nowy sposób dzięki nowym teoriom przedstawionym przez Schrodingera, Heisenberga i Paula Diraca. Kiedy mechanika kwantowa weszła na scenę ze swoimi odkryciami, odkryto, że elektron ma właściwości zarówno cząstek, jak i fal. W ten sposób Schrodinger opracował równania, aby znaleźć falową naturę elektronu, a także stworzył równanie falowe i funkcję falową. Funkcja falowa (Ψ) odpowiada różnym stanom elektronu.