Pada akhir tahun 1920-an, Pauling mulai menerbitkan makalah tentang sifat ikatan kimia. Antara tahun 1937 dan 1938, ia mengambil posisi sebagai George Fischer Baker Non-Resident Lecturer in Chemistry di Cornell University. Sementara di Cornell, ia menyampaikan serangkaian sembilan belas ceramah dan menyelesaikan sebagian besar buku teks terkenal The Nature of the Chemical Bond. Hal ini didasarkan terutama pada karyanya di bidang ini bahwa ia menerima Hadiah Nobel dalam Kimia pada tahun 1954 "untuk penelitiannya dalam sifat ikatan kimia dan penerapannya untuk penjelasan struktur zat-zat kompleks". Buku Pauling telah dianggap "buku kimia yang paling berpengaruh abad ini dan alkitabnya". Dalam 30 tahun setelah edisi pertamanya diterbitkan pada tahun 1939, buku itu dikutip lebih dari 16.000 kali. Bahkan hari ini, banyak makalah ilmiah modern dan artikel lainnya diterbitkan tentang hal ini, yang membuat Paul lebih tepat untuk menggambarkan konsep ikatan karbon dengan tiga jenis senyawa organik yang tersisa di orbit karbon atau atom-atom hibrida sebagai satu bagian dari tiga jenis senyawa organik yang tidak terikat.
sifat ikatan kimia