Atomer eksisterer ikke isolert. De binder seg sammen for å danne molekyler og forbindelser. En kjemisk binding er en varig tiltrekning mellom atomer som muliggjør dannelsen av forbindelser. Bindingen kan være ionisk, kovalent eller metallisk. Den kan være sterk eller svak. Den kan være polar eller upolar. Bindingstypen bestemmer stoffets egenskaper.

Ioniske bindinger dannes når ett atom overfører elektroner til et annet, og skaper motsatt ladede ioner som tiltrekker hverandre. Natriumklorid er et eksempel. Ioniske forbindelser har en tendens til å være harde, sprø og løselige i vann. De leder strøm når de er smeltet eller oppløst. Kovalente bindinger dannes når atomer deler elektroner. Vann, metan og DNA er kovalente. Kovalente forbindelser har en tendens til å ha lavere smeltepunkter og leder ikke strøm. Metalliske bindinger dannes når metallatomer deler et hav av delokaliserte elektroner. De gir metaller deres konduktivitet, formbarhet og glans.

Bindinger er ikke statiske. De vibrerer, strekker seg og bøyer seg. De kan brytes og omformes. Styrken til en binding måles ved bindingsenergi, energien som kreves for å bryte den. Bindingsstyrken varierer mye. Trippelbindingen i nitrogen er en av de sterkeste, og det er derfor nitrogengass er så lite reaktiv. Hydrogenbindingen i vann er mye svakere, men den er ansvarlig for vannets høye kokepunkt og overflatespenning.

Kjemiske bindinger er limet i den materielle verden. De bestemmer hvordan atomer binder seg, hvordan molekyler oppfører seg og hvordan reaksjoner forløper.