Atom tidak ada secara terisolasi. Mereka berikatan bersama membentuk molekul dan senyawa. Ikatan kimia adalah daya tarik yang bertahan lama antara atom yang memungkinkan pembentukan senyawa. Ikatan tersebut dapat berupa ionik, kovalen, atau logam. Ikatan tersebut dapat kuat atau lemah. Ikatan tersebut dapat bersifat polar atau nonpolar. Jenis ikatan menentukan sifat-sifat zat tersebut.

Ikatan ion terbentuk ketika satu atom mentransfer elektron ke atom lain, menciptakan ion bermuatan berlawanan yang saling menarik. Natrium klorida adalah contohnya. Senyawa ion cenderung keras, rapuh, dan larut dalam air. Senyawa ini menghantarkan listrik ketika dilelehkan atau dilarutkan. Ikatan kovalen terbentuk ketika atom-atom berbagi elektron. Air, metana, dan DNA adalah senyawa kovalen. Senyawa kovalen cenderung memiliki titik leleh yang lebih rendah dan tidak menghantarkan listrik. Ikatan logam terbentuk ketika atom-atom logam berbagi lautan elektron yang terdelokalisasi. Ikatan ini memberikan konduktivitas, kelenturan, dan kilau pada logam.

Ikatan bukanlah sesuatu yang statis. Ikatan bergetar, meregang, dan membengkok. Ikatan dapat putus dan terbentuk kembali. Kekuatan ikatan diukur dengan energi ikatan, yaitu energi yang dibutuhkan untuk memutusnya. Kekuatan ikatan sangat bervariasi. Ikatan rangkap tiga dalam nitrogen adalah salah satu yang terkuat, itulah sebabnya gas nitrogen sangat tidak reaktif. Ikatan hidrogen dalam air jauh lebih lemah, tetapi ikatan inilah yang bertanggung jawab atas titik didih dan tegangan permukaan air yang tinggi.

Ikatan kimia adalah perekat dunia materi. Ikatan kimia menentukan bagaimana atom bergabung, bagaimana molekul berperilaku, dan bagaimana reaksi berlangsung.