No diagrama de orbitais moleculares do CO, o HOMO é identificado como o orbital 3σ, ao passo que o LUMO corresponde ao par de orbitais antiligantes 2π*.

O diagrama de níveis de energia para a molécula de CO indica que a configuração eletrônica do estado fundamental é 1σ²2σ²1π²3σ².

Devido à ocupação total dos orbitais ligantes e à ausência de elétrons em orbitais antiligantes de baixa energia, o CO apresenta comportamento paramagnético e uma Ordem de Ligação (OL) igual a 2,0.

A Ordem de Ligação (OL) do CO é igual a 3,0, porém, diferentemente do nitrogênio (N₂), a molécula de CO é fortemente paramagnética devido à diferença de eletronegatividade entre o carbono e o oxigênio.

O orbital 3σ (HOMO) é formado pela combinação destrutiva dos orbitais atômicos, possuindo maior caráter de densidade eletrônica no átomo de oxigênio, o que justifica a coordenação metálica ocorrer preferencialmente por este sítio.