La vibración de una molécula diatómica se refiere al movimiento del núcleo atómico. Debido a que los núcleos son mucho más pesados que un electrón, se asume que los electrones siguen la nueva separación internuclear instantáneamente (aproximación de Born – Oppenheimer). Solo hay un modo de vibración para un sistema de dos partículas. Es decir, cambiando la separación de las dos partículas. El hecho de que los electrones estén en el orbital de unión une a los dos átomos de hidrógeno. Siempre hay un pequeño acoplamiento entre los modos de vibración de los núcleos y el movimiento de los electrones, que coloca un límite superior de la energía vibratoria. es decir, si el modo de vibración tiene demasiada energía, la molécula se desintegrará.
Los círculos azules representan núcleos atómicos. Los electrones (no mostrados) simplemente cuelgan alrededor del área. La separación, d, entre los núcleos aumenta y disminuye periódicamente durante una vibración.