Yaşamın en temel gereksinimlerinden biri atom ve moleküller arasında yeterince sağlam bağların kurulmasıdır. Dış yörüngelerinde yer alan elektronları paylaşan atomlar arasında bağların kurulduğunu 1916 yılında ilk ortaya atan bilim adam Amerikalı Gilbert Lewis’dir. Buna kovalent bağ (covalent bond) denir ve karbon kimyasının temelini oluşturur. Karbonun diğer elementlerle bağ kurabilmesi, yaşamın bildiğimiz şekilde ortaya çıkması için ilk ve en önemli koşuldur. Karbonun bu niteliğinden dolayı dünyada yaşamın karbon bazlı olduğu söylenir.
Karbon atomunun çekirdeğinde altı proton ve altı nötron vardır. Mevcut altı elektrondan ikisi birinci yörüngeyi işgal etmiştir. Diğer dört elektron ikinci yörüngede yer almıştır. Sekiz elektrona izin veren ikinci yörüngenin dört elektron açığı vardır. Elektron açığı olan elementler açıklarını doldurmak isterler. Bir elementin elektron açığını başka elementlerle doldurması hem olasıdır, hem de oldukça kolaydır.
Karbon ikinci orbitaldeki elektron açığını dört hirdojenle doldurabilir. Her hidrojende bir elektron olduğu için karbon elektron açığını hidrojen atomları ile doldurunca CH4 olarak simgelenen metan gazı ortaya çıkar. Metan evrende yaygın olan gazlardan biridir. Karbonun elektron afinitesi hem hidrojenin işine gelir, hem de karbonun. Bir araya gelen bu iki element dış yörüngelerindeki elektron açıklarını doldurmuş olacaklardır. Hidrojende yalnız bir elektron olduğu ve birinci yörünge iki elektron barındırdığı zaman hidrojen daha kararlı olacağı için, dört hidrojen atomu, karbonun ikinci yörüngesindeki dört elektronla bağ kurarak, hem karbona ait bu yörüngedeki, hem de kendi yörüngelerindeki elektron açığını tatmin etmiş olurlar. Hidrojen atomlarının hidrojen molekülü (H2) oluşturmasının nedeni de budur. Bir araya gelen iki hidrojen atomu, dış yörüngelerindeki elektron açığını bu şekilde doldurmuş olacaklardır. Elementler arasındaki bağlar çekirdeğe ne kadar yakınsa o kadar kuvvetlidir.
İkinci orbitaldeki elektron sayısının beş olduğu atomlarda bağ sayısı üç olacaktır. Çünkü üç elektron açığı vardır.
Dış orbitaldeki elektron sayısının üç olduğu bir element düşünelim. Bu elementte elektron açığı beş olacaktır. Ancak maddenin davranış şekillerinden biri olarak beş bağ kurmaya fizik kanunları izin vermezler. Kurulacak bağ sayısı dördü geçemez. Bu bir kuantum yasadır.
Karbon ideal bağ kuran bir atomdur. Çünkü hem dış orbitaldeki elektron açığı dörttür, hem de kurulan bağlar çekirdeğe çok yakındır. Yaşamın karbon bazlı olmasının nedeni budur. Karbon, hidrojen atomları ve fosfat grupları ile, sülfür ve azotla, diğer çok sayıda moleküllerle ve kendisi ile kovalent bağlar kurarak kompleks mokelüller oluşturan ilginç bir atomdur.
Atomların moleküler bileşikler oluşturmasının temel nedeni hem elektrik yükü olarak nötral olma durumunu korumak, hem de dış yörüngelerinin elektron satürasyonunu (gereksinimini) tatmin etmek zorunda olmalarıdır. Başka bir deyişle atomlar, kararlı olabilmek için birbirleri ve diğer atom ve moleküllerle bileşikler kurarlar. Bu şekilde enerjilerini de minumum bir düzeye indirirler. Enerjilerini mümkün olduğu kadar düşük bir düzeyde tutmaları atomların uymaları gereken kuantum kanunlarından biridir.
Atomların aralarında neden kovalen bağlar kurmaları gerektiğini elektronlarının sayısı ve yörüngeleri ile açıklamaya çalıştık. Bu quantum yasa kendi dışında başka bir yasanın veya tasarımcının denetimi gerektirmemektedir. Bunlar kendiliğinden gerçekleşen spontane tepkileşmelerdir. Atom ve moleküller yapmaları gerekeni yapmakta, mevcut quantum kanunlarına harfiyen uymaktadırlar. Orbitellerin neden belli sayıda elektronlara izin verdiğinin mantıklı ve kabul edilir bir açıklaması yapılmamıştır. Orbitallerin varlık nedeninin de cevabı yoktur. Yaşam ve her türlü kimyasal tepkileşmeler orbitallerin varlığını gerektirir.