Określanie struktury cząsteczkowej w wyniku optymalizacji geometrii może być procedurą rutynową, o ile dostępne są metody obliczania pierwszych pochodnych względem wszystkich współrzędnych jądrowych. Obliczanie odpowiednich drugich pochodnych pozwala na przewidywanie częstości drgań normalnych przy założeniu harmoniczności drgań cząsteczki. Obliczenia drgań normalnych mają jednak znacznie istotniejsze znaczenie ponieważ umożliwiają charakteryzację otrzymanych w optymalizacji geometrii punktów stacjonarnych. Częstości drgań normalnych są związane z wartościami własnymi macierzy drugich pochodnych (macierzy hessianu). Jeśli wszystkie wartości własne są dodatnie to częstotliwości są rzeczywiste i otrzymany punkt stacjonarny jest minimum lokalnym. Jeśli jednak jedna z wartości własnych jest ujemna (częstotliwość jest wtedy zespolona) punkt stacjonarny jest stanem przejściowym. Jeśli więcej niż jedna wartość własna jest ujemna mamy do czynienia z bardziej skomplikowanym punktem stacjonarnym, który zwykle nie jest ciekawy z punktu widzenia chemii.