Τα άτομα δεν υπάρχουν μεμονωμένα. Συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν μόρια και ενώσεις. Ένας χημικός δεσμός είναι μια διαρκής έλξη μεταξύ ατόμων που επιτρέπει τον σχηματισμό ενώσεων. Ο δεσμός μπορεί να είναι ιοντικός, ομοιοπολικός ή μεταλλικός. Μπορεί να είναι ισχυρός ή ασθενής. Μπορεί να είναι πολικός ή μη πολικός. Ο τύπος του δεσμού καθορίζει τις ιδιότητες της ουσίας.

Οι ιοντικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν ένα άτομο μεταφέρει ηλεκτρόνια σε ένα άλλο, δημιουργώντας αντίθετα φορτισμένα ιόντα που έλκονται μεταξύ τους. Το χλωριούχο νάτριο είναι ένα παράδειγμα. Οι ιοντικές ενώσεις τείνουν να είναι σκληρές, εύθραυστες και διαλυτές στο νερό. Αγωγούν τον ηλεκτρισμό όταν λιώνουν ή διαλύονται. Ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν τα άτομα μοιράζονται ηλεκτρόνια. Το νερό, το μεθάνιο και το DNA είναι ομοιοπολικά. Οι ομοιοπολικές ενώσεις τείνουν να έχουν χαμηλότερα σημεία τήξης και δεν άγουν τον ηλεκτρισμό. Μεταλλικοί δεσμοί σχηματίζονται όταν τα άτομα μετάλλων μοιράζονται μια θάλασσα από μη εντοπισμένα ηλεκτρόνια. Δίνουν στα μέταλλα την αγωγιμότητα, την ελατότητα και τη λάμψη τους.

Οι δεσμοί δεν είναι στατικοί. Δονούνται, τεντώνονται και κάμπτονται. Μπορούν να σπάσουν και να ανασχηματιστούν. Η ισχύς ενός δεσμού μετριέται από την ενέργεια του δεσμού, την ενέργεια που απαιτείται για να σπάσει. Η ισχύς του δεσμού ποικίλλει σημαντικά. Ο τριπλός δεσμός στο άζωτο είναι ένας από τους ισχυρότερους, γι' αυτό και το αέριο άζωτο είναι τόσο αδρανή. Ο δεσμός υδρογόνου στο νερό είναι πολύ ασθενέστερος, αλλά είναι υπεύθυνος για το υψηλό σημείο βρασμού και την επιφανειακή τάση του νερού.

Οι χημικοί δεσμοί είναι η κόλλα του υλικού κόσμου. Καθορίζουν τον τρόπο με τον οποίο συνδυάζονται τα άτομα, τη συμπεριφορά των μορίων και τον τρόπο με τον οποίο προχωρούν οι αντιδράσεις.