氧原子是sp2杂化，三个sp2杂化轨道平面正三角形分布，一个与C原子生成σ键，一个与H原子生成σ键，一个上有一对孤对电子。一个带两个电子的p轨道未参与杂化，方向与平面正三角形垂直，和苯环的π键侧面重叠，形成一个七原子八电子的π键。

在苯酚分子中，氧原子的价电子是以sp2杂化轨道参与成键的。酚羟基中氧原子上的一对未共用电子对所在的p轨道，与苯环的六个碳原子的p轨道是平行的，它们是共轭的，因此，由于氧原子上的部分负电荷离域而分散到整个共轭体系中，所以氧原子上的电子云密度降低，减弱了O-H键，有利于氢原子离解成为质子和苯氧负离子。且苯氧负离子上的负电荷可以更好地离域而分散到整个共轭体系中，使苯氧负离子比苯酚更稳定，因此酚容易离解出质子而呈酸性。