La teoría de la repulsión de pares de electrones de la cáscara de valencia (VSEPR) se utiliza para predecir los ángulos de enlace y las posiciones espaciales de los átomos de carbono e hidrógeno del etileno y para determinar el orden de enlace de los átomos de carbono (el número de enlaces formados entre ellos). Cada átomo de carbono tiene la disposición general AX3, donde A es el átomo central rodeado por otros tres átomos (denotados por X); los compuestos de esta forma adoptan una geometría planar trigonal, formando ángulos de enlace de 120 grados. Para que los orbitales p no hibridados se superpongan con éxito, los CH2 deben ser coplanares: por tanto, el C2H4 es una molécula plana y cada ángulo de enlace es de unos 120 grados. El siguiente diagrama muestra las longitudes de enlace y los ángulos de enlace hidrógeno-carbono-carbono del eteno:

De acuerdo con la teoría del enlace de valencia, dos átomos forman un enlace covalente a través del solapamiento de orbitales atómicos de valencia individuales semillenos, cada uno de los cuales contiene un electrón no apareado. En el eteno, cada átomo de hidrógeno tiene un electrón no apareado y cada carbono está hibridado sp2 con un electrón en cada orbital sp2. El cuarto electrón está en el orbital p que formará el enlace pi. El orden de enlace para el eteno es simplemente el número de enlaces entre cada átomo: el enlace carbono-carbono tiene un orden de enlace de dos, y cada enlace carbono-hidrógeno tiene un orden de enlace de uno.