To hydrogenatomer har hvert ett elektron. De deler disse elektronene for å danne et hydrogenmolekyl. Det delte paret holder atomene sammen. Det er en kovalent binding, en binding dannet ved deling av elektronpar mellom atomer. Det er den vanligste typen binding i organisk kjemi og biologi. Vann, proteiner, DNA og fett holdes alle sammen av kovalente bindinger.

Kovalente bindinger kan være enkle, doble eller trippel. En enkeltbinding deler ett elektronpar. En dobbeltbinding deler to par. En trippelbinding deler tre par. Jo flere par som deles, desto sterkere og kortere er bindingen. Eten har en karbon-karbon dobbeltbinding. Etyn har en trippelbinding. Nitrogengass har en trippelbinding, og det er derfor den er så lite reaktiv.

Kovalente bindinger kan være polare eller upolare. I en upolar binding deles elektronene likt. I en polar binding tiltrekker ett atom elektronene sterkere, noe som skaper delvise positive og negative ladninger. Forskjellen i elektronegativitet bestemmer polariteten. Polare bindinger gjør molekyler polare, noe som påvirker løselighet, kokepunkt og reaktivitet. Vann er polart, og det er derfor det løser opp salter og sukkerarter, men ikke oljer.

Kovalente bindinger er ikke alltid enkle to-senters, to-elektronbindinger. Noen molekyler har delokaliserte elektroner, der elektronene deles over flere atomer. Benzen er det klassiske eksemplet. Delokaliseringen stabiliserer molekylet og gir det unike egenskaper.