Les atomes n'existent pas isolément. Ils se lient entre eux pour former des molécules et des composés. Une liaison chimique est une attraction durable entre atomes qui permet la formation de composés. Cette liaison peut être ionique, covalente ou métallique. Elle peut être forte ou faible. Elle peut être polaire ou apolaire. Le type de liaison détermine les propriétés de la substance.

Les liaisons ioniques se forment lorsqu'un atome transfère des électrons à un autre, créant des ions de charges opposées qui s'attirent. Le chlorure de sodium en est un exemple. Les composés ioniques sont généralement durs, cassants et solubles dans l'eau. Ils conduisent l'électricité à l'état fondu ou dissous. Les liaisons covalentes se forment lorsque des atomes partagent des électrons. L'eau, le méthane et l'ADN sont des exemples de liaisons covalentes. Les composés covalents ont généralement des points de fusion plus bas et ne conduisent pas l'électricité. Les liaisons métalliques se forment lorsque des atomes métalliques partagent un nuage électronique délocalisé. Elles confèrent aux métaux leur conductivité, leur malléabilité et leur éclat.

Les liaisons ne sont pas statiques. Elles vibrent, s'étirent et se courbent. Elles peuvent se rompre et se reformer. La force d'une liaison est mesurée par son énergie de liaison, c'est-à-dire l'énergie nécessaire pour la rompre. Cette force varie considérablement. La triple liaison de l'azote est l'une des plus fortes, ce qui explique la faible réactivité du diazote. La liaison hydrogène dans l'eau est beaucoup plus faible, mais elle est responsable du point d'ébullition élevé et de la tension superficielle de l'eau.

Les liaisons chimiques sont le ciment du monde matériel. Elles déterminent comment les atomes s'assemblent, comment les molécules se comportent et comment les réactions se déroulent.