有些分子的成键，表面来看与CH₄分子的成键差别很大。比如NH₃分子的成键似乎与BF₃分子类似，中心原子也将采取sp²杂化的方式成键，键角也应为120°，但实测结果键角却为107°18′，与109°28′更为接近些。又譬如H₂O分子的成键似乎与BeCl₂分子类似，中心原子也将采取sp杂化的方式成键，键角也应为180°，但实测结果键角却为104°45′，与109°28′也更为接近些。人们经过深入研究认为，在NH₃分子和H₂O分子的成键过程中，中心原子也像CH₄分子中的C原子一样，是采取sp³杂化的方式成键的。

N原子的价层电子构型为2s²2p³，成键时这四个价电子轨道发生sp³杂化：

形成了四个sp³杂化轨道。其中三个sp³杂化轨道各有一个未成对电子，一个sp³杂化轨道为一对电子所占据。成键时有三个sp³杂化轨道分别与三个H原子的1s轨道重叠，形成三个N－H键；其余一个sp³杂化轨道上的电子对没有参加成键。这一对孤电子对因靠近N原子，其电子云在N原子外占据着较大的空间，对三个N－H键的电子云有较大的静电排斥力，使键角从109°28′被压缩到107°18′，以至NH₃分子呈三角锥形。由于孤电子对的电子云比较集中于Ｎ原子的附近，因而其所在的杂化轨道含有较多的s轨道成分，其余三个杂化轨道则含有较多的p轨道成分，使这四个sp³杂化轨道不完全等同。这种产生不完全等同轨道的杂化称为不等性杂化。

至于H₂O分子：O原子的价层电子构型为2s²2p⁴,成键时这四个价电子轨道也是发生sp³不等性杂化：

形成了四个不完全等同的sp³杂化轨道，其中二个sp³杂化轨道各有一个未成对电子，其电子分别与二个H原子的1s电子形成两个O－H键；其余二个sp³杂化轨道各为一对孤电子对所占据。这两对孤电子对因靠近O原子，其电子云在O原子外占据着更大的空间，对两个O－H键的电子云有更大的静电排斥力，使键角从109°28′被压缩到104°45′，以至H₂O分子的的空间结构如下图。