福井谦一在1951年提出了 前线轨道理论 。该理论认为，分子中能量最高的分子轨道（HOMO）和没有被电子占据的、能量最低的分子轨道（LUMO）是决定一个体系发生化学反应的关键。其他能量的分子轨道对于化学反应虽然有影响，但影响很小，可以暂时忽略。
前线轨道理论简单、直观、有效，因而在化学反应、生物大分子反应过程、催化机理等理论研究方面有着广泛的应用。通过计算参与反应的各粒子的分子轨道，获得前线轨道的能量、波函数相位、重叠程度等信息，便可以相当满意地解释各种化学反应行为，对于一些经典理论无法解释的行为，应用前线轨道理论也可以给出令人满意的解释。
福井谦一因其在化学反应理论领域的杰出贡献，尤其是前线轨道理论的提出，于1981年获得了诺贝尔化学奖，成为第一位获得诺贝尔化学奖的日籍科学家，同时也是亚洲第一位诺贝尔化学奖得主。
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