转载19世纪下半叶，热力学的理论已经基本确立起来了，科学界存在两种截然不同的观点，一派以马赫和奥斯特瓦尔德为代表，坚持实证论，只承认从宏观现象总结出的热力学四定律和它的推论，反对原子论，对任何从微观机制探讨宏观现象的企图都嗤之以鼻，提出了唯能论的观点，并认为分子和原子不能直接观测（实际上现在我们已经可以很轻易的用扫描隧道显微镜看到原子了），因此研究分子运动是不切实际的空想。另一派以玻尔兹曼为代表，致力于探讨热力学背后的微观机制，从而创立了统计力学这一物理分支，当时对统计力学做出突出贡献的还有麦克斯韦和吉布斯。两派陷入了长期的争论之中，结局令人惋惜，玻尔兹曼最终于1906年自杀。更令人惋惜的是，就在1905年，爱因斯坦已经发表了关于布朗运动的划时代论文，佩林后来依据这一理论利用实验第一次得到了阿伏伽德罗常数（佩林也因此获得了诺贝尔奖），原子不可观测的神话终于被打破了。原子论最坚决的反对者奥斯特瓦尔德也因此于1908年放弃了唯能论，并承认原子论。1913年，玻尔发表了他的氢原子三部曲，物理学从此开始了对原子结构的探索。经过科学家门的努力，化学的基础：元素周期表得到了合理的解释。那么下一个摆在科学家面前的问题就是：原子如何结合成分子。
化学家将分子中原子间的强烈的吸引作用称作化学键，然而要认真的回答化学键的本质是什么，还真不是那么容易。最早的化学键学说是静电学说，即原子依靠电荷的库仑引力而结合成物质。这一理论可以解释像食盐那样的离子型化合物的结构，因此这类化学键叫做离子键。然而像氢气、氧气、氯化氢这样的简单分子，静电理论却无法解释，也就是说，静电学说无法解释共价键。路易斯依据旧量子理论提出了“电子对”理论，他认为共价键是依靠共用电子对来实现的。实际上，“共用电子对”这一概念也仅仅是一个形象的，用来帮助理解的概念。要理解共价键最简单的方法是从能的角度而不是从力的角度来考虑。分子服从一个基本原理，即能量最小原理，也就是说，能量越低，分子越稳定，自然也越容易生成。30年代，鲍林提出了共振论，解释了大量有机、无机分子的结构及稳定性等问题，对共价键本质的研究也做出了重要贡献，因此获得了诺贝尔化学奖（他还是和平奖得主）。
我们来看一看氢原子究竟如何结合成氢分子：两个原子彼此靠近时，他们各自的波函数在空间中会有重叠的区域，由于波函数的模方是电子出现的概率密度，也可以理解为两个原子的电子云有重叠的区域。由全同公设可知，处在重叠区域的电子无法区分它属于哪个原子。量子力学的计算表明，重叠区域存在一种特殊的能量，名为交换能。若两个电子自旋方向相同，则交换能为正；自旋相反，则交换能为负。可以通俗的理解为，若电子是同自旋的，两原子间会出现一种等效的排斥作用；若电子反自旋，则会出现等效的吸引作用。而这种作用完全来自全同粒子的不可区分性，是一种纯量子效应，没有经典对应。反自旋电子的等效吸引作用的结果就是导致两个原子结合成一个氢分子。共价键的本质就是全同电子在电子云的重叠区域的交换效应，与自旋紧密相关。由以上分析可知，自然界氢分子中的两个电子一定是反自旋的，因为如果同自旋，它们之间就不是吸引作用，而是排斥作用了。由物质的磁性分析可以证明，氢分子中的电子的确是反自旋的。
为什么我们要用能，而不是用力去分析共价键呢？原来在分子的各原子间存在着各种类型的相互作用，有静电力、交换力、电子转移等，而且力是矢量，分析起来是极为复杂的，远不如用能量分析来的简单，但是用力去分析共价键也并不是不可能的事情。
30年代中期，费曼和海尔曼同时独立的建立了多原子体系中作用于核上的力的一般规则，就是后来的费曼-海尔曼定理。在此基础上，可以用力的观点来讨论双原子分子中化学键的形成条件，给出化学键更直观的物理模型。后来推广应用于多原子分子中键力的分析，并对分子间作用力和化学反应等问题做出了统一的处理。
价键理论在解释分子结构中获得了巨大的成功，然而如同许多现象用经典理论无法解释一样，价键理论也有无法解释的现象，这并不是它的基础：量子力学错了，而是为了避免天文数字的计算量，而引入了一些假设或近似，从而使理论与实验有一些偏离。比如氧气分子，按价键理论它应该是抗磁性的，但实验表明，氧气是一种典型的顺磁气体。还有，两个质子和一个电子能否组成稳定离子这个问题，由于系统只有一个电子，价键理论根本无从分析，然而实验表明这种离子的确是稳定存在的。
1932年，莫里根和洪特提出了分子轨道理论，将分子看作一个整体，电子并不是属于某个原子，而是所有电子属于整个分子，电子按照能级大小和泡利原理重新排布。这一理论解释了价键理论无法解释的许多现象，因此是一个更成功的理论。但价键理论以其简单的结构和直观的物理图像还大受欢迎，因此价键理论还是有很重要的价值的。
原子结合成分子之后，分子就可以组成万物了。然而分子又是如何组成万物的呢？这个问题自然涵盖太广了，万物的概念也太大了，因此我们自然还是要找比较简单的情况加以讨论，比如……
