Metālorganiskā ķīmija kā zinātne balstās uz metāla-oglekļa ķīmiskās saites veidošanos starp metālu atomiem (lielākoties pārejas metāliem, sārmu un sārmzemju metāliem) un organiskajiem savienojumiem. Zinātnes redzeslokā ietilpst kompleksi ar saites veidošanos starp metāla atomu un metaloīdiem, bora, silīcija un alvas organiskajiem savienojumiem vai citiem ķīmiskajiem elementiem, piemēram, metālu-slāpekli, metālu-skābekli, metālu-halogēnu un metālu-ūdeņradi, taču pamatā par metālorganiskajiem savienojumiem uzskata tieši metāla-oglekļa saiti saturošus savienojumus. Metālorganiskā ķīmija iekļauj un apvieno gan organiskās, gan neorganiskās ķīmijas aspektus.

Metālorganiskajiem savienojumiem ir plašs industriālais izmantojums gan rūpniecībā, gan pētniecībā. Viens no izmantošanas veidiem ir ar metālorganisko savienojumu palīdzību sintezēt un iegūt savienojumus, kas citādi ir grūti iegūstami vai nemaz nav iegūstami. No teorētiskā viedokļa metālorganiskie savienojumi satur nukleofilu oglekļa atomu, kas var tālāk reaģēt ar elektrofiliem savienojumiem, tādā veidā panākot jaunu saišu veidošanos. Kā viens piemērs ir oglekļa-oglekļa saites veidošanās, kas atvieglo dažādu kompleksu molekulu iegūšanu no plaši pieejamiem organiskajiem savienojumiem. Daudzus metālorganiskos savienojumus izmanto par katalizatoriem, lai padarītu ātrāku un efektīvāku reakciju norisi. Rūpniecībā liela nozīme ir polimēru un dažādu ķīmisko vielu ražošanā, piemēram, etiķskābes iegūšanai no metanola, kur par katalizatoru izmanto metāla rodija (sengrieķu ῥόδον, rodon ‘roze’) saturošu metālorganisko savienojumu (Monsanto reakcija). Arvien lielāka metālorganisko savienojumu perspektīva parādās medicīnā, jo ir zināmi kompleksi ar augstu bioloģisko aktivitāti, paverot iespējas izstrādāt jaunas zāļu vielas ļaundabīgu audzēju (vēža), malārijas un citu slimību ārstēšanā.

Metālorganiskā ķīmija ir organiskās ķīmijas apakšnozare, kas iekļauj arī neorganiskās ķīmijas aspektus – metālus, neorganisko reakciju mehānismus u. c. Pēc iesaistīto metālu atrašanās vietas ķīmisko elementu periodiskajā tabulā, metālogranisko ķīmiju var iedalīt: pārejas metālu organiskajā ķīmijā, sārmu metālu organiskajā ķīmijā un sārmzemju metālu organiskajā ķīmijā. Lielākā no grupām ir pārejas metālu organiskā ķīmija, kas iekļauj visus 3.–12. grupas elementus jeb metālus, kuriem ir daļēji aizpildīta d orbitāle. Metālorganiskos savienojumus var iedalīt pēc konkrēta metāla izmantošanas veida, piemēram, litijorganiskie savienojumi vai magnijorganiskie savienojumi (plašāk pazīstami ar nosaukumu Griņjāra (Grignard) reaģenti). Kā atsevišķu ķīmijas apakšnozari, kas daļēji pārklājas ar metālorganiskās ķīmijas zinātnes atziņām, izdala koordinācijas ķīmiju, kur atšķirībā no metālorganiskās ķīmijas saites veidošanās notiek starp metāliem un organisko ligandu heteroatomiem (skābekli, halogēniem u. c.) vai neorganiskajiem ligandiem, piemēram, cisplatīnu veido metāls platīns (spāņu platina ‘sudrabiņš’) ar diviem hlorīda un diviem amonija ligandiem.

Starp metālu un organisko ligandu veidojas stipri kovalenta saite, padarot saiti veidojošo oglekļa atomu par labu nukleofilu. Savienojumu ķīmiskās un fizikālās īpašības, piemēram, kompleksa formu vai krāsu apraksta kristālu lauka šķelšanās teorija. Metālorganiskajiem kompleksiem ir spēkā 18 elektronu likums, kas nosaka to, ka komplekss ir termodinamiski stabils, ja metāla d orbitāles elektronu un saiti veidojošo ligandu elektronu summa ir 18. Ja elektronu summa ir mazāka par 18, tad, iespējams, komplekss var pievienot papildu ligandus. Ir zināmi arī 18 elektronu likuma izņēmumi, kad elektronu summa ir lielāka par 18. Kompleksu uzbūves teorijas balstās uz formas ģeometriju, metāla oksidēšanās pakāpi, ligandu izmēriem, izomēriju utt. Metālorganiskajiem savienojumiem ir vairāki reakciju tipi – oksidējošā pievienošanās, reducējošā eliminēšanās, migrējošā iespiešanās un ß-eliminēšana, transmetalēšana, ligandu apmaiņa u. c.

Visbiežāk izmantotās metodes metālorganisko savienojumu sintēzē un attīrīšanā ir ekstrakcija, kristalizācija, hromatogrāfija, destilācija pazeminātā spiedienā un reakciju veikšana fotoķīmiski vai izmantojot gāzes – ūdeņradi, oglekļa monoksīdu, skābekli u. c. Biežāk izmantotās metodes metālorganisko savienojumu pētīšanā un raksturošanā ir kodolu magnētiskā rezonanse, jo pārsvarā katrs metālorganiskais komplekss satur ūdeņraža, oglekļa vai samērā bieži arī fosfora atomus. Kā papildu metodes pētniecībā izmanto arī infrasarkano spektroskopiju, rentgenstruktūranalīzi, elektronu paramagnētisko rezonansi un kalorimetriju.

Metālorganiskās ķīmijas attīstība sākās 18. gs. otrajā pusē ar franču ķīmiķa Luija Kadē de Gaskūra (Louis Claude Cadet de Gassicourt) arsēnu saturošu kompleksu kakodila un kakodila oksīda sintēzi 1760. gadā. 1827. gadā dāņu ķīmiķis Viljams Saise (William Christopher Zeise) ieguva pirmo platīna-etilēna organometālisko savienojumu, ko nosauca viņa vārdā par Saises sāli (Zeise’s salt). 19. gs. otrajā pusē tika iegūti arī pirmie cinka, niķeļa un magnija organiskie savienojumi. 1899. gadā ķīmijā ieviesa terminu – Griņjāra reaģenti, kas ir magnijorganisko savienojumu izmantošanas pirmsākums. Par pirmo lielo metālorganiskās ķīmijas attīstības posmu var uzskatīt 20. gs. sākumu, kad tika sākti pētījumi metālorganisko savienojumu potenciālai izmantošanai par organisko savienojumu reakciju katalizatoriem. Šajā laika posmā tika atklāts un pētīts hidroformilēšanas process un tā katalīze, kā arī litijorganisko savienojumu izmantošana organiskajā sintēzē, kas tiek plaši izmantota arī mūsdienās. Lielākais metālorganiskās ķīmijas uzplaukums parādījās 20. gs. otrajā pusē Amerikas Savienotajās Valstīs (ASV) un Lielbritānijā līdz ar pārejas metālus saturošu katalizatoru un īpaši pallādija ķīmijas straujo attīstību. Metālorganiskā ķīmija, neskatoties uz jaunatklājumu un pētījumu skaitu, joprojām ir viena no plašāk pētītajām un perspektīvākajām nozarēm ķīmijā, par ko liecina arī ievērojams skaits piešķirto Nobela prēmiju (Nobel prize). Pirmās prēmijas 1912. gadā ieguva Viktors Griņjārs (Victor François Auguste Grignard) un Pols Sabatjē (Paul Sabatier). Pēc tam metālorganiskajā ķīmijā ir pasniegtas vēl piecas Nobela prēmijas, no kurām trīs ir pasniegtas 21. gs.: 2001., 2005. un 2010. gadā.

Mūsdienu metālorganiskās ķīmijas viens no galvenajiem virzieniem joprojām ir lētāku un efektīvāku katalizatoru izveide un dizains. Lielākā uzmanība tiek vērsta stereoselektīvu reakciju nodrošināšanai ar metālorganisko savienojumu palīdzību. Tā panākšanai tiek pētītas jaunas ligandu klases. Ļoti svarīga attīstības prioritāte ir lētāku, pieejamāku un dabai draudzīgāku katalizatoru pieejamība rūpnieciskām vajadzībām, tādēļ dārgmetāliem (pallādijam, platīnam, rodijam, rutēnijam, irīdijam u. c.), kas zemes garozā ir atrodami ierobežotā daudzumā, tiek piemeklēti plašāk pieejami aizstājēji (potenciāli dzelzs, cinks utt.), kas ļautu panākt tik pat labu efektu katalizatoru izstrādē. Daži no svarīgākajiem pētniecības virzieniem mūsdienās ir C-H saites funkcionalizēšana un metālorganisko savienojumu potenciālais izmantojums medicīnā un organiskajā ķīmijā, lai paātrinātu sintēžu procesu.

Skripsa izpētes institūts (The Scripps Research Institute) Sandjego, ASV; Emorijas Universitātes Ķīmijas departaments (Department of Chemistry, Emory University) Atlantā, ASV; Džordžijas Tehnoloģiju institūts (Georgia Institute of Technology) Atlantā, ASV; Masačūsetsas Tehnoloģiju institūts (Massachusetts Institute of Technology, MIT) Kembridžā, Masačūsetsas pavalstī, ASV; Maksa Planka Ogļizpētes institūts (Max-Planck-Institut für Kohlenforschung) Mulheimā, Vācijā; Hokaido Universitātes Katalīzes institūts (Hokkaido University Institute for Catalysis) Saporo, Japānā; Kalifornijas Universitāte (University of California, Berkeley) Bērklijā, ASV; Oksfordas Universitāte (University of Oxford) Lielbritānija.

ACS Catalysis (kopš 2011. gada; ACS Publications); Journal of the American Chemical Society, JACS (kopš 1879. gada; ACS Publications); Organometallics (kopš 1982. gada; ACS Publications); Angewandte Chemie (kopš 1887. gada; Wiley-VCH); Organic Letters (kopš 1999. gada; ACS Publications); Nature Catalysis (kopš 2018. gada; Nature Publishing Group); The Journal of Organic Chemistry, JOC (kopš 1936. gada; ACS Publications); Tetrahedron Letters (kopš 1959. gada; Elsevier); Journal of Organometallic Chemistry (kopš 1964. gada; Elsevier).

Ričards Heks (Richard Frederick Heck) ir amerikāņu ķīmiķis, Nobela prēmijas laureāts, autors vienai senākajām no plašāk lietotajām šķērssametināšanas reakcijām starp arilhalogenīdiem un alkēniem – Heka reakcijai. Džefrijs Vilkinsons (Geoffrey Wilkinson), Roberts Krabtrī (Robert Howard Crabtree), Ričards Šroks (Richard Royce Schrock) un Džons Osborns (John Anthony Osborn) devuši lielu ieguldījumu plaši izmantojamu katalizatoru izstrādē un dizainēšanā. Oglekļa-oglekļa saites sametināšanas reakcijas plaši pētījuši un atpazīstamību guvuši: Ei-iši Negiši (根岸 英, Ei-ichi Negishi), izmantojot cinka un alumīnija organiskos savienojumus, Akira Suzuki (鈴木章, Akira Suzuki), izmantojot bora organiskos savienojumus, Džons Stille (John Kenneth Stille), izmantojot alvas organiskos savienojumus, un Kenkičī Sonogašira (薗頭 健吉, Kenkichi Sonogashira), izmantojot vara organiskos savienojumus.