L'un des buts de la Chimie est de décrire la matière à l'échelle microscopique atomique et subatomique afin d'en comprendre la structure, d'identifier les mécanismes qui assurent la stabilité et d'expliquer les propriétés chimiques. Jusqu'au début du XXème siècle cette description s'est limitée à l'écriture de formules chimiques où chaque atome est représenté par le symbole de son élément et les liaisons par des traits. Avec la découverte de l'électron en 1897 puis du noyau en 1911 une représentation plus détaillée devenait possible. Cependant, la taille et de la nature quantique des particules ne permettant pas leur observation directe il est nécessaire de procéder à la construction d'une représentation de la réalité à partir des données expérimentales et de la théorie quantique. Les premiers modèles électroniques comme celui de Lewis organisent les électrons autours des noyaux à partir de règles empiriques simples. Si la mécanique quantique apporte une description rigoureuse de la matière c'est, selon le mathématicien et philosophe des sciences René Thom, au prix d'une perte d'intelligibilité due principalement au caractère délocalisé de cette description. Cependant, l'interprétation statistique de la mécanique quantique par l'introduction du concept de densité de probabilité et sa cartographie restaure une vision «géographique» plus familière et plus facile à comprendre. La densité électronique est une source d'information importante obtenue soit par l'analyse des raies des spectres de diffraction des rayons-X, soit par le calcul quantique. La visualisation et l'analyse de la densité électronique ainsi que d'autres fonctions dérivées de l'interprétation statistique de la mécanique quantique sont illustrées par une série d'exemples appartenant aux différents domaines de la chimie. Il est ainsi possible de voir des liaisons chimiques se rompre et se former au cours d'une réaction.