Według teorii orbitali molekularnych współdzielone elektrony znajdują się na wspólnych orbitalach molekularnych, które powstają w wyniku nakładania się odpowiednich orbitali atomowych. Wszystkie elektrony na wszystkich orbitalach molekularnych tworzą tzw. chmurę elektronową, otaczającą oba połączone atomy. Ze względu na sposób nakładania się orbitali atomowych tworzących orbitale molekularne rozróżnia się wiązania σ i π. Wiązania σ powstają w wyniku czołowego nakładania się orbitali atomowych, zaś wiązania π w wyniku nakładania bocznego.
Wiązanie kowalencyjne czy jonowe? Granica między wiązaniami kowalencyjnymi i jonowymi jest płynna. Z formalnego punktu widzenia, przyjmuje się, że wiązania kowalencyjne występują, gdy różnica między elektroujemnościami atomów wynosi nie więcej niż 0,4 w skali Paulinga (wiązanie kowalencyjne niespolaryzowane) lub od 0,4 do 1,7 (wiązanie kowalencyjne spolaryzowane). Wiązania jonowe występują, gdy wzajemna różnica elektroujemności jest większa niż 1,7. Jest to jednak granica bardzo umowna. Inne kryterium związane jest z odległością międzyatomową: wiązanie kowalencyjne jest wtedy, gdy odległość międzyatomowa jest mniejsza niż suma promieni van der Waalsa.