Molekyylin kiertoradateoria tai MO -teoria on menetelmä atomien välisen sidoksen selittämiseksi siten, että elektronit leviävät molekyylin ympärille sen sijaan, että ne sijaitsisivat atomien ympärillä, toisin kuin valenssisidosteoria tai VB -teoria. Atomien elektronit on järjestetty orbitaaleille kuorien alikuorissa. Pääsääntöisesti uloimman kuoren kiertoradalla olevat elektronit osallistuvat kemialliseen sitoutumiseen, vaikka tähän on poikkeuksia. Kiertoradalla voi olla enintään kaksi elektronia, joiden spinien on oltava vastakkaisia. Molekyylin kiertoradateoriassa, kun kaksi atomia muodostaa kemiallisen sidoksen, sidoselektronien atomi -orbitaalit yhdistyvät muodostaen molekyyliradit, joilla on samanlaiset säännöt elektronien lukumäärän ja spinin suhteen.
Elektronit, kuten kaikki subatomiset hiukkaset, voivat käyttäytyä aaltoina. Sen sijaan, että elektroni valtaisi tietyn pisteen avaruudessa tiettynä ajankohtana, elektroni levitetään kaikkiin mahdollisiin paikkoihinsa ytimen ympärille ja sen sijainti voidaan ilmaista vain todennäköisyydellä. Fyysikko Erwin Schrodingerin kehittämää yhtälöä voidaan käyttää atomiradan “aaltofunktion” määrittämiseen, mikä antaa todennäköisyyden löytää elektroni eri kohdista ytimen ympäriltä elektronitiheysjakauman kannalta. Molekyylin kiertoradateoria selittää atomisidoksen lisäämällä sidokseen osallistuvien atomi -orbitaalien aaltofunktiot, jolloin saadaan aaltofunktiot koko molekyylin ympäröiville molekyylipalloille.
Koska aaltofunktioyhtälö antaa sekä positiivisia että negatiivisia arvoja, jotka tunnetaan vaiheina, syntyy kaksi molekyylin orbitaalia. Ensimmäisessä atomiradat lisätään vaiheessa-positiivisesta positiiviseen ja negatiivisesta negatiiviseen. Toinen tyyppi on sellainen, jossa ne ovat vaiheen ulkopuolella-negatiivisesta positiiviseen ja positiivisesta negatiiviseen.
Vaihelisäys antaa molekyylin kiertoradan, jonka elektronitiheys on keskittynyt ytimien väliseen tilaan, jolloin ne ovat lähempänä toisiaan ja tuloksena on kokoonpano pienemmällä energialla kuin kaksi alkuperäistä atomikiertoa. Tämä tunnetaan sidosradalla. Vaiheen ulkopuolinen lisäys johtaa siihen, että elektronitiheys keskittyy pois ytimien välisestä tilasta, vetää ne kauemmaksi toisistaan ja tuottaa kokoonpanon, jolla on korkeampi energiataso kuin atomiradalla. Tätä kutsutaan sidoksenvastaiseksi kiertorataksi. Sidokseen osallistuvien atomien orbitaalien elektronit täyttävät mieluummin alemman energian sidosmolekyylin orbitaalit.
Kahden atomin välisen sidoksen luonteen määrittämiseksi ”sidosjärjestys” lasketaan seuraavasti: (sitovat elektronit-sitoutumattomat elektronit)/2. Sidosjärjestys nolla osoittaa, että sitoutumista ei tapahdu. Vertailun vuoksi joukkovelkakirjalaina 1 osoittaa yksittäisen sidoksen, 2 ja 3 kaksoissidosta ja kolmoissidosta.
Hyvin yksinkertaisena esimerkkinä kahden vetyatomin sitoutumista voidaan kuvata molekyylin kiertoradateorialla. Jokaisella atomilla on vain yksi elektroni, normaalisti alimman energian kiertoradalla. Näiden orbitaalien aaltofunktiot lisätään, jolloin saadaan sidos ja anti-bonding-kiertorata. Nämä kaksi elektronia täyttävät alemman energian sidosradan ilman, että sidoksenvastaisella kiertoradalla ei ole elektroneja. Joukkovelkakirjajärjestys on (2 – 0)/2 = 1, jolloin saadaan joukkovelkakirjalaina. Tämä on sopusoinnussa VB -teorian ja havaintojen kanssa.
Jaksollisen järjestelmän seuraavan elementin, heliumin, kahden atomin vuorovaikutus antaa erilaisen tuloksen, koska kussakin heliumatomissa on kaksi elektronia kiertoradalla. Kun aaltofunktioita lisätään, syntyy sidos ja anti-sitoutumiskierto, kuten vedyn kanssa. Tällä kertaa mukana on kuitenkin neljä elektronia. Kaksi elektronia täyttää sidoksen kiertoradan ja kahden muun on täytettävä korkeamman energian sitoutumisen esto. Joukkovelkakirjajärjestys on tällä kertaa (2 – 2)/2 = 0, joten sitoutumista ei tapahdu. Jälleen tämä on VB -teorian ja havaintojen mukaista: helium ei muodosta molekyylejä.
Molekyylin kiertoradan teoria ennustaa myös oikein kaksoissidoksen ja kolmoissidoksen happi- ja typpimolekyyleille. Useimmissa tapauksissa MO -teoria ja valenssisidosteoria ovat sopusoinnussa; edellinen selittää kuitenkin paremmin molekyylit, joissa sidosjärjestys on yksittäisen ja kaksoissidoksen välillä ja molekyylien magneettiset ominaisuudet. Molekyylin kiertoradateorian suurin haittapuoli on se, että laskelmat ovat paljon monimutkaisempia, lukuun ottamatta hyvin yksinkertaisia tapauksia, kuten edellä mainitut.