Un sistema conjugado ocurre en un compuesto orgánico donde los átomos están unidos mediante enlace covalente con enlaces simples y múltiples alternados (por ejemplo, C=C-C=C-C) y con influencia mutua para producir una región llamada de deslocalización electrónica. En esta región, los electrones no pertenecen a un solo enlace o átomo, sino a un grupo. Por ejemplo, el fenol (C6H5OH) tiene un sistema de 6 electrones sobre y debajo del anillo plano, así como también del grupo hidroxilo.
El sistema conjugado resulta en una deslocalización general de los electrones de valencia a través de todos los orbitales p alineados paralelamente, lo que incrementa la estabilidad y disminuye la energía global de la molécula.
La conjugación existe en otras estructuras diferente a la de enlaces covalentes simples y dobles alternados. Mientras existan átomos contiguos en la cadena que posean un orbital p, el sistema puede ser considerado conjugado. Por ejemplo el furano, mostrado a la derecha, es un anillo de cinco miembros con dos dobles enlaces alternados y un átomo de oxígeno en la posición 1. El átomo de oxígeno tienes dos pares libres, uno de los cuales ocupa un orbital p en dicha posición, manteniendo la conjugación del anillo de cinco miembros. La presencia de un átomo de nitrógeno en el anillo, o de grupos en posiciones α del anillo tal como un grupo carbonilo (C=O), un grupo imina (C=N), un grupo vinilo (C=C), o un anión puede bastar como una fuente de orbitales p para mantener la conjugación.
Los sistemas conjugados tienen propiedades únicas que dan origen a colores fuertes. Muchos pigmentos hacen uso de sistemas conjugados de electrones, como la larga cadena conjugada del hidrocarburo beta-caroteno, que resulta en un fuerte color naranja (de las zanahorias y otros vegetales). Cuando un electrón en el sistema absorbe un fotón de luz de longitud de onda adecuada, puede ser promovido a un nivel de energía superior. (Ver partícula en una caja). La mayoría de estas transiciones electrónicas son de un electrón de orbital π a un orbital antienlazante π*, pero también pueden participar electrones no enlazantes (p a π*). Los sistemas conjugados de menos de ocho enlaces dobles suelen absorber sólo en la región ultravioleta y son incoloros al ojo humano. Con cada enlace doble agregado, el sistema absorbe fotones de longitudes de onda más largas (y menor energía), y el compuesto está en un rango de color entre amarillo y rojo. Los compuestos que son azules o verdes generalmente no deben su color sólo a sistemas conjugados de enlaces dobles.
Esta absorción de luz en el espectro ultravioleta a visible puede ser cuantificada usando espectroscopia ultravioleta-visible, y forma la base de todo el campo de la fotoquímica.
Los sistemas conjugados forman la base de los cromóforos, que son partes de una molécula que absorben la luz, y pueden ser usadas para hacer que un compuesto sea coloreado. Tales cromóforos suelen estar presentes en varios compuestos orgánicos, y algunas veces presentes en polímeros, que están coloreados o brillan en la oscuridad. Esto suele deberse a sistemas de anillos conjugados con enlaces como C=O y N=N, además de los enlaces conjugados carbono-carbono.
La conjugación en sistemas cíclicos resulta en la aromaticidad, una estabilidad inusual que se encuentra en muchos sistemas cíclicos conjugados, como el benceno y derivados, el furano y el pirrol.
Es importante notar que el simple hecho de poseer enlaces simples y múltiples alternados no es suficiente para que un sistema esté fuertemente conjugado. Algunos hidrocarburos cíclicos (como el ciclooctatetraeno) poseen enlaces simples y dobles alternados. Aunque la molécula pueda parecer planar si sólo se mira la estructura química, no lo es realmente, y adopta una conformación típìca de "bañera". Debido a que los orbitales p de la molécula no se alinean bien en esta molécula no plana, no se comparte fácilmente entre los átomos de carbono.
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