Говоря о резонансе как о химическом явлении следует упомянуть и о теории электронного строения химических соединений, в соответствии с которой распределение электронов в молекулах (в том числе сложных ионах или радикалах) является комбинацией (резонансом) канонических структур с различной конфигурацией двухэлектронных ковалентных связей. Иными словами, молекулярная структура описывается не одной возможной структурной формулой, а сочетанием (резонансом) всех альтернативных структур. Теория резонанса — это способ посредством химической терминологии и общепринятых структурных формул визуализировать чисто математическую процедуру построения приближенной волновой функции сложной молекулы.

Следствием резонанса канонических структур является стабилизация основного состояния молекулы; мерой такой резонансной стабилизации является энергия резонанса — разность между наблюдаемой энергией основного состояния молекулы и расчётной энергией основного состояния канонической структуры с минимальной энергией. С позиций квантовой механики это означает, что более сложная волновая функция, представляющая собой линейную комбинацию волновых функций, каждая из которых соответствует одной из канонических структур, точнее описывает молекулу, чем волновая функция структуры с минимальной энергией.

В квантовой механике теория резонанса была предложена Вернером Гейзенбергом и Кристофером Ингольдом для определения квантовых состояний атома гелия и структуры молекул сложных органических соединений. Гейзенберг сравнил структуру атома гелия с системой резонирующего гармонического осциллятора, делокализующего плотность электронных связей. Ингольд заложил основы физической органической химии, развив альтернативную теорию электронных смещений (теорию мезомерии), призванную объяснить структуру молекул сложных органических соединений, не укладывающуюся в обычные валентные представления. Предложенный Ингольдом для обозначения явления делокализации электронной плотности термин «мезомеризм» (1938), используется преимущественно в немецкой и французской литературе, а английской и русскоязычной преобладает «резонанс».