Klíčovým rozdílem mezi molekulárním orbitálem a atomovým orbitálem je to, že atomové orbitaly popisují místa, kde je pravděpodobnost nalezení elektronů v atomu vysoká, zatímco molekulární orbitaly popisují pravděpodobná umístění elektronů v molekule.
Vazba v molekulách byla chápána novým způsobem s novými teoriemi, které předložili Schrodinger, Heisenberg a Paul Dirac. Když do obrazu vstoupila kvantová mechanika se svými nálezy, bylo zjištěno, že elektron má vlastnosti částic i vln. S tím Schrodinger vyvinul rovnice, aby našel vlnovou povahu elektronu, a přišel s vlnovou rovnicí a vlnovou funkcí. Vlnová funkce (Ψ) odpovídá různým stavům elektronu.