Atomy neexistují izolovaně. Vazbou se tvoří molekuly a sloučeniny. Chemická vazba je trvalá přitažlivost mezi atomy, která umožňuje vznik sloučenin. Vazba může být iontová, kovalentní nebo kovová. Může být silná nebo slabá. Může být polární nebo nepolární. Typ vazby určuje vlastnosti látky.

Iontové vazby vznikají, když jeden atom přenáší elektrony na druhý, čímž vznikají opačně nabité ionty, které se vzájemně přitahují. Příkladem je chlorid sodný. Iontové sloučeniny bývají tvrdé, křehké a rozpustné ve vodě. Vedou elektřinu, když jsou roztavené nebo rozpuštěné. Kovalentní vazby vznikají, když atomy sdílejí elektrony. Voda, metan a DNA jsou kovalentní. Kovalentní sloučeniny mívají nižší body tání a nevedou elektřinu. Kovové vazby vznikají, když atomy kovů sdílejí moře delokalizovaných elektronů. Dodávají kovům jejich vodivost, tvárnost a lesk.

Vazby nejsou statické. Vibrují, natahují se a ohýbají. Mohou se přerušit a znovu se tvořit. Pevnost vazby se měří energií vazby, energií potřebnou k jejímu přerušení. Pevnost vazby se značně liší. Trojná vazba v dusíku je jednou z nejsilnějších, a proto je plynný dusík tak nereaktivní. Vodíková vazba ve vodě je mnohem slabší, ale je zodpovědná za vysoký bod varu a povrchové napětí vody.

Chemické vazby jsou pojivem hmotného světa. Určují, jak se atomy spojují, jak se molekuly chovají a jak probíhají reakce.