To hydrogenatomer har hver én elektron. De deler disse elektroner og danner et hydrogenmolekyle. Det delte par holder atomerne sammen. Det er en kovalent binding, en binding dannet ved deling af elektronpar mellem atomer. Det er den mest almindelige type binding i organisk kemi og biologi. Vand, proteiner, DNA og fedtstoffer holdes alle sammen af ​​kovalente bindinger.

Kovalente bindinger kan være enkelt-, dobbelt- eller tredobbelte. En enkeltbinding deler et par elektroner. En dobbeltbinding deler to par. En tredobbeltbinding deler tre par. Jo flere par der deles, desto stærkere og kortere er bindingen. Ethen har en kulstof-kulstof-dobbeltbinding. Ethyn har en tredobbeltbinding. Nitrogengas har en tredobbeltbinding, hvilket er grunden til, at den er så ureaktiv.

Kovalente bindinger kan være polære eller upolære. I en upolær binding deles elektronerne ligeligt. I en polær binding tiltrækker ét atom elektronerne stærkere, hvilket skaber delvise positive og negative ladninger. Forskellen i elektronegativitet bestemmer polariteten. Polære bindinger gør molekyler polære, hvilket påvirker opløselighed, kogepunkt og reaktivitet. Vand er polært, hvilket er grunden til, at det opløser salte og sukkerarter, men ikke olier.

Kovalente bindinger er ikke altid simple to-center, to-elektronbindinger. Nogle molekyler har delokaliserede elektroner, hvor elektronerne deles over flere atomer. Benzen er det klassiske eksempel. Delokaliseringen stabiliserer molekylet og giver det unikke egenskaber.