Im Verlauf einer chemischen Reaktion ändern sich auf molekularer Ebene Atomabstände, Bindungswinkel und Diederwinkel so lange, bis die reagierenden Moleküle in die Moleküle der Reaktionsprodukte übergegangen sind. Zu Beginn der Reaktion müssen meist Bindungen gelockert oder Bindungswinkel verdreht werden. Dies erfordert Energie, sodass der Reaktionsweg in der Regel zunächst energetisch aufwärts führt. Gegen Ende der Reaktion werden neue Bindungen gefestigt; Atomabstände und Winkel nähern sich ihren neuen Gleichgewichtsabständen und -winkeln. Dabei wird Energie frei, d.h. der Reaktionsweg führt in dieser Phase der Reaktion energetisch abwärts. Zwischen dem an- und dem absteigenden Teil des Reaktionsweges muss es einen Punkt maximaler Energie geben. Dieser Punkt wird Übergangszustand genannt. Man kann ihn sich als Pass im Gebirge vorstellen, der zwei Täler miteinander verbindet. Der Reaktionsweg wäre in diesem Bild eine Straße, die im einen Tal bis zum Pass aufwärts und nach Überschreiten des Passes im gegenüberliegenden Tal wieder abwärts führt.
Mathematisch gesehen ist der Übergangszustand ein Sattelpunkt auf der Potenzialfläche. Wie jeder andere Punkt auf der Potenzialfläche ist er eine chemische Struktur, die durch Atomabstände, Bindungs- und Diederwinkel charakterisiert ist.