氮有7个电子，占据2层电子，其中外层电子有5个，余下三个空位。用榫卯结构（卯是安榫头的孔眼）来说，氮可以形成三个榫卯结构。但对两个接近的氮原子而言，由于受空间关系的影响，若其中一个榫卯结构完全对准，则另两个必然会有点歪。在化学理论上，我们把完全对准的榫卯结构叫做σ键；没有完全对准的叫π键。由于氮仅有两层电子，原子半径还是比较小，引力也较强。氮形成了双原子分子。分子间引力很微弱，故氮气为气体，熔点很低。
氮分子的三个共价键被分为一个σ键，两个π键。这显然是不合理的，氮原子外围的三个空位完全对称，怎么可能产生不对称的结果呢。事实上，完全没有必要非得插准其中一个榫卯结构而插歪另外两个。可以三个都有点歪但歪得都不多，真正的氮分子就是这样的。化学上这叫做轨道杂化理论。不过，用σ键、π键可以很容易的量化共价键的强度，故后面我们会继续使用σ键、π键的概念。
氮气分子内有两个π键，相当于榫卯没有完全插准，还留有空隙，这就给邻近分子以机会，故氮气分子间引力较强；氧气其次；氟分子内由于只有σ键，分子间引力最小。故氮、氧、氟熔点依次下降。
现在考虑氮、氧、氟的沸点，考虑到共价键带有方向性，π键的漏出效果也有方向性。由于液态可流动，这种效果得到很大削弱。这时由于氧原子半径小，分子间引力比氮强，故沸点
比氮高。而氟分子间虽然完全没有π键的漏出效果，但原子半径比氧还小，沸点也比氮高。