Атомите в ковалентните връзки вибрират трилиони пъти в секунда.

Всяка ковалентна връзка между атомите действа като микроскопична пружина, която постоянно се разтяга и свива. Тези движения се наричат молекулни вибрации и се случват с невероятна скорост в диапазона на фемтосекундите. Типичната честота на тези трептения е между 10^13 и 10^14 херца, което съответства на десетки трилиони цикъла в секунда.Енергията на тези вибрации е квантувана, което означава, че молекулите могат да вибрират само на определени енергийни нива. Когато молекулата е изложена на инфрачервена светлина, тя поглъща фотони, чиято честота съвпада точно с нейните естествени вибрации. Този феномен е в основата на инфрачервената спектроскопия, която се развива активно през 20-и век за идентифициране на химични съединения.Масата на атомите и силата на връзката между тях определят точната честота на трептене. По-леките атоми, като водородът, вибрират много по-бързо от по-тежките елементи като въглеродът или кислородът. Тези динамични процеси са фундаментални за термодинамиката, тъй като температурата на едно тяло е преки израз на средната кинетична енергия на тези молекулни движения.