Das Hämoglobin im Blut, das Chlorophyll in grünen Pflanzen, Vitamin B-12 und der Katalysator, der bei der Herstellung von Polyethylen verwendet wird, enthalten alle Koordinationsverbindungen. Ionen der Metalle, insbesondere der Übergangsmetalle, bilden wahrscheinlich Komplexe.

In diesen Komplexen bilden Übergangsmetalle koordinierte kovalente Bindungen, eine Art Lewis-Säure-Base-Wechselwirkung, bei der beide Elektronen in der Bindung von einem Donor (Lewis-Base) zu einem Elektronenakzeptor (Lewis-Säure) beigetragen werden. Die Lewis-Säure in Koordinationskomplexen, die oft als zentrales Metallion (oder Atom) bezeichnet wird, ist das Übergangsmetall oder das innere Übergangsmetall. Bei den Lewis-Basendonoren, Liganden genannt, kann es sich um eine Vielzahl von Chemikalien handeln – Atome, Moleküle oder Ionen. Die einzige Voraussetzung ist, dass sie ein oder mehrere Elektronenpaare haben, die an das zentrale Metall abgegeben werden können. Meistens handelt es sich dabei um ein Donoratom mit einem einsamen Elektronenpaar, das eine Koordinatenbindung zum Metall eingehen kann. Die Koordinationskugel besteht aus dem zentralen Metallion bzw. Atom und seinen angehängten Liganden. Klammern in einer Formel umschließen die Koordinationssphäre; Arten außerhalb der Klammern sind nicht Teil der Koordinationssphäre.

Liganden sind einzähnig, aus dem Griechischen für “einzähnig”, wenn sie sich nur durch ein Atom mit dem zentralen Metall verbinden. Hier sind die Anzahl der Liganden und die Koordinationszahl gleich. Liganden mit einem Donoratom, wie NH₃, Cl⁻ und H₂O, sind einzähnige Liganden. Viele andere Liganden koordinieren sich auf komplexere Weise mit dem Metall.

Zweizähnige Liganden sind solche, bei denen sich zwei Atome zum Metallzentrum koordinieren. Zum Beispiel enthält Ethylendiamin (en,_H2, NCH₂,_CH2,_NH2) zwei Stickstoffatome, von denen jedes ein einzelnes Paar hat und als Lewis-Base dienen kann (Abbildung 1a). Beide Atome können sich zu einem einzigen Metallzentrum koordinieren. Im Komplex [Co(en)₃]³⁺ gibt es drei zweizähnige Liganden, und die Koordinationszahl des Kobalt(III)-Ions beträgt sechs (Abbildung 1b). Die gebräuchlichsten Koordinationsnummern sind zwei, vier und sechs, aber Beispiele für alle Koordinationsnummern von 1 bis 15 sind bekannt.

Abbildung 1. a) Ethylendiamin (EN) enthält zwei Stickstoffatome mit jeweils einem einzigen Paar, die sich mit einem Metallion koordinieren können. (b) Drei zweizähnige Liganden koordinieren mit einem einzelnen Kobalt-Ion.

Jeder Ligand, der durch mehr als ein Donoratom an ein zentrales Metallion bindet, ist ein polyzähnierter Ligand (oder “viele Zähne”), da er mit mehr als einer Bindung in das Metallzentrum beißen kann. Der Begriff Chelat aus dem Griechischen für “Klaue” wird auch verwendet, um diese Art der Wechselwirkung zu beschreiben. Viele polydentate Liganden sind chelatbildende Liganden, und ein Komplex, der aus einem oder mehreren dieser Liganden und einem zentralen Metall besteht, ist ein Chelat. Ein chelatbildender Ligand wird auch als Chelatbildner bezeichnet. Ein chelatbildender Ligand hält das Metallion ähnlich wie die Kralle einer Krabbe eine Murmel. Polydentate Liganden werden manchmal mit Präfixen gekennzeichnet, die die Anzahl der Donoratome im Liganden angeben. Der Häm-Komplex im Hämoglobin ist ein weiteres wichtiges Beispiel (Abbildung 2). Es enthält einen polydentaten Liganden mit vier Donoratomen, die sich mit Eisen koordinieren.