2つの水素原子はそれぞれ1つの電子を持っています。これらの水素原子は電子を共有して水素分子を形成します。共有された電子対が原子同士を結びつけています。これが共有結合、つまり原子間で電子対を共有することによって形成される結合です。これは有機化学や生物学において最も一般的な結合の種類です。水、タンパク質、DNA、脂肪はすべて共有結合によって結合しています。

共有結合には、単結合、二重結合、三重結合があります。単結合は1対の電子を共有します。二重結合は2対の電子を共有します。三重結合は3対の電子を共有します。共有する電子対の数が多いほど、結合は強くなり、短くなります。エテンは炭素-炭素二重結合を持ちます。エチンは三重結合を持ちます。窒素ガスは三重結合を持つため、反応性が非常に低いのです。

共有結合には極性結合と非極性結合があります。非極性結合では、電子は均等に共有されます。極性結合では、一方の原子が電子をより強く引き付け、部分的な正電荷と負電荷が生じます。電気陰性度の差が極性を決定します。極性結合を持つ分子は極性を持ち、溶解度、沸点、反応性に影響を与えます。水は極性分子であるため、塩や糖は溶解しますが、油は溶解しません。

共有結合は必ずしも単純な2中心2電子結合とは限りません。分子によっては電子が非局在化しており、電子が複数の原子に分散している場合があります。ベンゼンはその典型的な例です。この非局在化によって分子が安定化し、独特の性質が生まれます。