下面我们将用分子轨道理论来讨论它的化学键问题。根据二茂铁的结构，铁与环间的距离较远(166pm)，因此，(每个)环上的C原子之间的作用超过了C与Fe原子间的作用，因此二茂铁的分子轨道可以按下面的顺序进行组合。首先是组成环戊二烯基的非定域分子轨道。由于环戊二烯基含有垂直于碳原子平面的五条p轨道，由这五条p轨道可以线性地组成五条非定域p轨道。这些轨道的正负区域及节面数可表示如下:图中红色虚线表示分子的节面，因此，按照轨道(图形)的对称性，这五条分子轨道可分为三类:一类没有节面，第二类是有一个节面的简并轨道，第三类是有两个节面的简并轨道。显然这些轨道的能级随节面的增多而升高。用同样方法可以得到其他八条分子轨道。最后，由环戊二烯基的配体群轨道与Fe原子的价电子轨道，按对称性匹配原则组合成成二茂铁的分子轨道，Cp能级Cp轨道对称性Cp的分子轨道Fe的原子轨道Cp2Fe的分子轨道e2u