Δύο άτομα υδρογόνου έχουν από ένα ηλεκτρόνιο το καθένα. Μοιράζονται αυτά τα ηλεκτρόνια για να σχηματίσουν ένα μόριο υδρογόνου. Το κοινό ζεύγος συγκρατεί τα άτομα μαζί. Αυτός είναι ένας ομοιοπολικός δεσμός, ένας δεσμός που σχηματίζεται από την κοινή χρήση ζευγών ηλεκτρονίων μεταξύ των ατόμων. Είναι ο πιο συνηθισμένος τύπος δεσμού στην οργανική χημεία και στη βιολογία. Το νερό, οι πρωτεΐνες, το DNA και τα λίπη συγκρατούνται όλα μαζί με ομοιοπολικούς δεσμούς.

Οι ομοιοπολικοί δεσμοί μπορεί να είναι απλοί, διπλοί ή τριπλοί. Ένας απλός δεσμός μοιράζεται ένα ζεύγος ηλεκτρονίων. Ένας διπλός δεσμός μοιράζεται δύο ζεύγη. Ένας τριπλός δεσμός μοιράζεται τρία ζεύγη. Όσο περισσότερα ζεύγη μοιράζονται, τόσο ισχυρότερος και βραχύτερος είναι ο δεσμός. Το αιθένιο έχει διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα. Το αιθένιο έχει τριπλό δεσμό. Το αέριο άζωτο έχει τριπλό δεσμό, γι' αυτό και είναι τόσο αδρανή.

Οι ομοιοπολικοί δεσμοί μπορεί να είναι πολικοί ή μη πολικοί. Σε έναν μη πολικό δεσμό, τα ηλεκτρόνια μοιράζονται εξίσου. Σε έναν πολικό δεσμό, ένα άτομο έλκει τα ηλεκτρόνια πιο έντονα, δημιουργώντας μερικά θετικά και αρνητικά φορτία. Η διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα καθορίζει την πολικότητα. Οι πολικοί δεσμοί καθιστούν τα μόρια πολικά, γεγονός που επηρεάζει τη διαλυτότητα, το σημείο βρασμού και την αντιδραστικότητα. Το νερό είναι πολικό, γι' αυτό και διαλύει άλατα και σάκχαρα, αλλά όχι έλαια.

Οι ομοιοπολικοί δεσμοί δεν είναι πάντα απλοί δεσμοί δύο κέντρων και δύο ηλεκτρονίων. Ορισμένα μόρια έχουν αποκεντρωμένα ηλεκτρόνια, όπου τα ηλεκτρόνια είναι κοινά σε πολλά άτομα. Το βενζόλιο είναι το κλασικό παράδειγμα. Η αποκεντρωμένη σταθεροποίηση σταθεροποιεί το μόριο και του προσδίδει μοναδικές ιδιότητες.