CO分子是由一個(gè)C原子和一個(gè)O原子結(jié)合成的異核雙原子分子，分子形狀為直線形。根據(jù)電子配對法（價(jià)鍵理論），C原子（1s22s22px2py）和O原子（1s22s22px22py2pz）各含兩個(gè)未成對的電子，由此可以構(gòu)成兩個(gè)共價(jià)鍵：一個(gè)是2px沿x軸偶合構(gòu)成的σ鍵，另一個(gè)是2py電子沿x軸“肩并肩”構(gòu)成π鍵。與此相應(yīng)的，其雙鍵的特性應(yīng)該與一般的碳氧雙鍵（羰基）一樣，即鍵長為121 pm、鍵能為724 kJ/mol〔約173千卡/克鍵，克鍵指1克分子（gram-atom）物質(zhì)所含鍵的數(shù)量，即1mol鍵 〕、偶極矩為7.7×10-30C·m（約2.3德拜）。但實(shí)際測得CO的鍵長為113 pm，比一般碳氧雙鍵的短；鍵能為1071.1kJ/mol（約256千卡/克鍵），比一般碳氧雙鍵的大；偶極矩為3.3×10-31 C·m（約0.1德拜），約為一般碳氧雙鍵的 。由于以上矛盾，有學(xué)者提出了三重鍵的結(jié)構(gòu)式： ，即在CO分子中，除有一個(gè)σ鍵和一個(gè)π鍵外，還有一個(gè)配位鍵（用“←”表示）。

而按照分子軌道法（分子軌道理論），可以自然地得到CO分子具有三重鍵的結(jié)構(gòu)。按照分子軌道法，CO分子軌道是由C原子軌道和O原子軌道組合而成的，CO分子軌道形成式為

從CO分子軌道形成式來看，CO分子和N2分子結(jié)構(gòu)十分相似，都是以三重鍵（σ+π+π）結(jié)合的：一個(gè)σ鍵（），兩個(gè)π鍵（和），其中一個(gè)π鍵為配位鍵，共用電子對由O原子提供。其成鍵過程為：C原子的最外層有4個(gè)電子，O原子的最外層有6個(gè)電子，C原子的2個(gè)單電子進(jìn)入到O原子的p軌道和O原子的2個(gè)單電子配對成鍵，形成兩個(gè)共價(jià)鍵，然后O原子的孤電子對進(jìn)入到C原子空的P軌道中形成一個(gè)配位鍵，總共形成了三個(gè)共價(jià)鍵。

由于是CO分子是以三重鍵結(jié)合的，故CO的鍵長比一般碳氧雙鍵短、鍵能比一般碳氧雙鍵大；同時(shí)，由于O原子的電負(fù)性比C原子的高，電子云應(yīng)該偏向O原子，從而CO分子應(yīng)該有較大的偶極矩，但CO分子中形成配位鍵的電子對是由O原子單獨(dú)提供的，使電子云又反饋到C原子上，在一定程度上補(bǔ)償了因O原子和C原子間電負(fù)性差所造成的極性，使得CO分子偶極矩很小，與CO分子偶極矩很小的事實(shí)一致。