原子如何彼此连接形成分子，是物质结构研究中面临的首要问题。化学键理论的建立和进化，记录了几代化学家前赴后继探索微观世界奥秘的历程，是见证现代化学发展的一场多幕剧。大自然像极了双面的斯芬克斯：她一面固执地拒绝每一个试图闯入她秘境的笨拙之举；一面敞开双臂，毫无保留地接纳读懂了万物真谛的睿智探索者。世界的本质是什么？我们应当如何认识世界？
面对这样的终极哲学拷问，古代东西方的先贤智者无不把解答的希望寄托于暂时还无法企及的微观境界。原子从哲学思辨发展为科学概念经历了漫长的两千多年。十九世纪初，道尔顿提出了近代科学意义上的原子理论：每种元素都对应一种特定性质且不可分割的原子，不同种类的原子可以按照简单的整数比相互结合。阿伏伽德罗进一步指出，这种结合的结果是形成分子，而分子正是保持物质化学性质的最小单元。
原子和分子是如此微小，以至于在缺乏直接观测手段的年代，它们的实在性始终存疑。更为困难的问题是，原子究竟依靠了怎样的“亲和力”才彼此连接、聚沙成塔，构成了种类繁多、千变万化的分子？1897年，汤姆逊在阴极射线中发现了电子；1911年，卢瑟福从α粒子散射实验中推断出原子核的存在。人类终于叩开了微观世界的大门。
二十世纪的前三十年见证了自牛顿以来最伟大的科学革命，量子力学精妙的方程已然揭示了原子、分子相互作用所必须遵循的全部规律。但是这并不意味着物质结构和化学反应可以被完全转化为数学问题并精确求解，因为求解这些方程所需要的巨量计算与纷繁复杂的分子结构之间构成了一对难以调和的矛盾。
化学家们需要在单一的还原论逻辑之外别图良策，建立一种既相容于量子力学基本原理、又能回避繁琐数学计算的思维工具，用便于人类理解的方式为分子世界的运动立法。“化学键”理论的形成和进化就是在这条道路上上演的一场多幕剧，是一百多年来几代化学家的深刻洞见与创造性思维的结晶。