Dua atom hidrogen masing-masing memiliki satu elektron. Mereka berbagi elektron tersebut untuk membentuk molekul hidrogen. Pasangan elektron yang dibagi tersebut mengikat atom-atom tersebut bersama-sama. Itulah ikatan kovalen, ikatan yang terbentuk melalui pembagian pasangan elektron antar atom. Ini adalah jenis ikatan yang paling umum dalam kimia organik dan biologi. Air, protein, DNA, dan lemak semuanya diikat bersama oleh ikatan kovalen.

Ikatan kovalen dapat berupa ikatan tunggal, ganda, atau rangkap tiga. Ikatan tunggal berbagi satu pasang elektron. Ikatan ganda berbagi dua pasang elektron. Ikatan rangkap tiga berbagi tiga pasang elektron. Semakin banyak pasangan elektron yang dibagi, semakin kuat dan pendek ikatannya. Etena memiliki ikatan ganda karbon-karbon. Etuna memiliki ikatan rangkap tiga. Gas nitrogen memiliki ikatan rangkap tiga, itulah sebabnya gas ini sangat tidak reaktif.

Ikatan kovalen dapat bersifat polar atau nonpolar. Pada ikatan nonpolar, elektron dibagi secara merata. Pada ikatan polar, satu atom menarik elektron lebih kuat, menciptakan muatan positif dan negatif parsial. Perbedaan elektronegativitas menentukan polaritas. Ikatan polar membuat molekul menjadi polar, yang memengaruhi kelarutan, titik didih, dan reaktivitas. Air bersifat polar, itulah sebabnya air dapat melarutkan garam dan gula tetapi tidak minyak.

Ikatan kovalen tidak selalu berupa ikatan dua pusat, dua elektron yang sederhana. Beberapa molekul memiliki elektron terdelokalisasi, di mana elektron dibagi di antara beberapa atom. Benzena adalah contoh klasiknya. Delokalisasi ini menstabilkan molekul dan memberikannya sifat-sifat unik.