Két hidrogénatomnak egy elektronja van. Ezeket az elektronokat megosztva alkotják a hidrogénmolekulát. A közös elektronpár tartja össze az atomokat. Ez egy kovalens kötés, amely az atomok közötti elektronpárok megosztásával jön létre. Ez a leggyakoribb kötéstípus a szerves kémiában és a biológiában. A vizet, a fehérjéket, a DNS-t és a zsírokat mind kovalens kötések tartják össze.

A kovalens kötések lehetnek egyesek, kettősek vagy hármasak. Az egyes kötés egy elektronpárt oszt meg. A kettős kötés két elektronpárt oszt meg. A hármas kötés három elektronpárt oszt meg. Minél több pár van közös, annál erősebb és rövidebb a kötés. Az etén szén-szén kettős kötést tartalmaz. Az etin hármas kötést tartalmaz. A nitrogéngáz hármas kötést tartalmaz, ezért olyan reaktívtalan.

A kovalens kötések lehetnek polárisak vagy apolárisak. Apoláris kötésben az elektronok egyenlően oszlanak meg. Poláris kötésben az egyik atom erősebben vonzza az elektronokat, részleges pozitív és negatív töltéseket hozva létre. Az elektronegativitás különbsége határozza meg a polaritást. A poláris kötések polárissá teszik a molekulákat, ami befolyásolja az oldhatóságot, a forráspontot és a reakcióképességet. A víz poláris, ezért oldja a sókat és a cukrokat, de az olajokat nem.

A kovalens kötések nem mindig egyszerű kétcentrumos, kételektronos kötések. Egyes molekulák delokalizált elektronokkal rendelkeznek, ahol az elektronok több atom között oszlanak meg. A benzol a klasszikus példa. A delokalizáció stabilizálja a molekulát és egyedi tulajdonságokat kölcsönöz neki.