甲烷（CH₄）之所以呈现正四面体结构，主要是由其中心碳原子的杂化轨道理论以及电子对排斥理论决定的。在甲烷分子中，碳原子作为中心原子，拥有4个价电子。根据VSEPR（价层电子对互斥理论），这4个价电子在形成化学键时，会尽量远离彼此以减少电子对之间的排斥力，从而达到最稳定的状态。
为了形成四个等价的C-H键，碳原子的2s轨道和三个2p轨道进行sp³杂化，形成四个能量相同的sp³杂化轨道。每个sp³杂化轨道包含一个价电子，这些轨道以正四面体的方式伸展，每个轨道与一个氢原子的1s轨道重叠，形成四个C-Hσ键。由于四个杂化轨道之间的夹角都是109.5度，甲烷分子的几何构型为正四面体。
这种正四面体结构不仅使电子对之间的排斥力最小化，而且使得甲烷分子具有高度的对称性和稳定性。因此，甲烷的分子结构是sp³杂化轨道理论和VSEPR理论共同作用的结果，也是碳原子在形成四键时的自然选择。