W prostym ujęciu MO elektron może być znaleziony w obszarze całej cząsteczki, jeżeli odpowiada temu dopuszczony stan kwantowy. Taki globalny opis odróżnia teorię orbitali molekularnych od modeli całkowicie lokalizujących elektrony w dwucentrowych wiązaniach. Nie oznacza to jednak, że każde oddziaływanie jest równie rozlane: niektóre orbitale są silnie skoncentrowane między konkretnymi atomami, inne mają charakter niewiążący albo są zdelokalizowane w większym fragmencie cząsteczki.
W praktycznych obliczeniach zwykle rozdziela się ruch elektronów i jąder w przybliżeniu Borna-Oppenheimera, a następnie rozwiązuje równanie Schrödingera lub jego przybliżoną wersję dla elektronów w ustalonej geometrii cząsteczki. Jakościowe diagramy MO upraszczają ten formalizm: pokazują względne energie orbitali i ich obsadzenie, ale nie zastępują pełnego obliczenia funkcji falowej ani energii całkowitej.
Tworzenie orbitali molekularnych mały|Schemat tworzenia orbitali molekularnych z dwóch orbitali atomowych wodoru. Niższy poziom odpowiada orbitalowi wiążącemu, a wyższy antywiążącemu