同核雙原子分子軌域圖
/ HOH-moh-NOO-klee-er dy-uh-TOM-ik /
學習分子軌域理論最乾淨的起點，是由兩個相同原子組成的分子——H2、N2、O2、F2。因為兩個原子相同，它們的原子軌域起始能量完全相同，所以圖是對稱的：分子軌域整齊地落在中間，由兩個原子平等共享。從 H2 一路走到 F2，逐個搭建並填充每張圖，是檢閱這套理論能耐的標準路線。
對第二週期的雙原子分子（Li2 到 F2），每個原子帶來一個 2s 和三個 2p 價軌域。這對 2s 生成成鍵 sigma2s 與反鍵 sigma-star2s。2p 軌域按指向分裂：沿鍵指向的一對正面重疊，給出 sigma2p 與 sigma-star2p；兩對側向指向的重疊，給出兩條簡併的 pi2p 與兩條 pi-star2p。用價電子自下而上填滿，就能立刻讀出每個分子的鍵級與磁性。這裡有一個轉折：對較輕的成員（B2、C2、N2），s-p 混合把 pi2p 推到剛好低於 sigma2p；而對 O2 和 F2，恢復為通常的 sigma2p 低於 pi2p 的次序。
這一個家族就是該理論最精彩的展示台。它正確給出 N2 鍵級為三、抗磁性，F2 鍵級為一，以及最引人注目的結果——O2 鍵級為二、帶兩個未配對電子，因而順磁。任何 O2 的路易斯結構都畫不出這兩個未配對電子；分子軌域理論卻毫不費力地預言了它們。這些雙原子分子還展示了趨勢：隨著整個系列鍵級上升，鍵變短變強，與實測完全一致。
從 N2、O2 到 F2，隨著反鍵軌域被填充，鍵級依次為 3、2、1，實測的鍵也精確對應：N2 短而極強（約 945 kJ/mol），O2 較弱，F2 最弱。這張圖用一條填充規則就解釋了整個趨勢。
一架對稱的能階階梯，預言了每個第二週期雙原子分子的鍵級、鍵長、強度與磁性。
存在兩種有效次序，而非一種：較輕的 B2-C2-N2 因 s-p 混合而 pi2p 低於 sigma2p，O2-F2 則遵循更簡單的 sigma2p 低於 pi2p 的次序——用錯次序會把 B2、C2 的磁性預言錯。