Doi atomi de hidrogen au fiecare câte un electron. Ei își împărtășesc acei electroni pentru a forma o moleculă de hidrogen. Perechea comună ține atomii împreună. Aceasta este o legătură covalentă, o legătură formată prin partajarea perechilor de electroni între atomi. Este cel mai comun tip de legătură în chimia organică și în biologie. Apa, proteinele, ADN-ul și grăsimile sunt toate ținute împreună prin legături covalente.

Legăturile covalente pot fi simple, duble sau triple. O legătură simplă are în comun o pereche de electroni. O legătură dublă are în comun două perechi. O legătură triplă are în comun trei perechi. Cu cât sunt în comun mai multe perechi, cu atât legătura este mai puternică și mai scurtă. Etena are o legătură dublă carbon-carbon. Etina are o legătură triplă. Azotul gazos are o legătură triplă, motiv pentru care este atât de nereactiv.

Legăturile covalente pot fi polare sau nepolare. Într-o legătură nepolară, electronii sunt partajați în mod egal. Într-o legătură polară, un atom atrage electronii mai puternic, creând sarcini parțiale pozitive și negative. Diferența de electronegativitate determină polaritatea. Legăturile polare fac moleculele polare, ceea ce afectează solubilitatea, punctul de fierbere și reactivitatea. Apa este polară, motiv pentru care dizolvă săruri și zaharuri, dar nu și uleiuri.

Legăturile covalente nu sunt întotdeauna legături simple cu doi centri, doi electroni. Unele molecule au electroni delocalizați, unde electronii sunt partajați pe mai mulți atomi. Benzenul este exemplul clasic. Delocalizarea stabilizează molecula și îi conferă proprietăți unice.