​Les chimistes cherchent à définir la nature des interactions entre atomes, comme par exemple le partage d'électrons dans une liaison covalente. Or la structure électronique complète d'un composé, incluant la nature et la distribution de l'ensemble des orbitales atomiques ou moléculaires responsables des liaisons chimiques, est délicate à déterminer par l'expérience uniquement. Sur ce point, l'apport des méthodes théoriques de la chimie quantique est incontournable.

En raison du grand nombre d'électrons dans leur couche externe et de l'occupation d'orbitales électroniques singulières (électrons dits f), les composés à base d'actinides présents dans les combustibles nucléaires usés s'avèrent beaucoup plus complexes à traiter que les éléments plus légers. Dans la structure électronique, les effets relativistes tels que le couplage « spin-orbite » entre le spin des électrons et leur mouvement, évoluent en effet avec le numéro atomique à la puissance 4 (~ Z4). Ils jouent donc un rôle important dans les composés à base d'actinides (nombre atomique compris entre 89 et 103), et les descriptions théoriques ab initio des composés d'actinides exigent la prise en compte très précise de ces effets.

Dans une importante revue, Jean-Pierre Dognon résume l'état de l'art actuel de ces méthodes de chimie quantique. Outre leur intérêt fondamental, elles laissent entrevoir des possibilités d'optimisation pour les applications utilisant ces composés, comme le retraitement des déchets nucléaires.