Atomer existerar inte isolerat. De binder samman för att bilda molekyler och föreningar. En kemisk bindning är en varaktig attraktion mellan atomer som möjliggör bildandet av föreningar. Bindningen kan vara jonisk, kovalent eller metallisk. Den kan vara stark eller svag. Den kan vara polär eller opolär. Typen av bindning avgör ämnets egenskaper.

Joniska bindningar bildas när en atom överför elektroner till en annan, vilket skapar motsatt laddade joner som attraherar varandra. Natriumklorid är ett exempel. Joniska föreningar tenderar att vara hårda, spröda och lösliga i vatten. De leder elektricitet när de är smälta eller upplösta. Kovalenta bindningar bildas när atomer delar elektroner. Vatten, metan och DNA är kovalenta. Kovalenta föreningar tenderar att ha lägre smältpunkter och leder inte elektricitet. Metalliska bindningar bildas när metallatomer delar ett hav av delokaliserade elektroner. De ger metaller deras ledningsförmåga, formbarhet och glans.

Bindningar är inte statiska. De vibrerar, töjs ut och böjs. De kan brytas och omformas. En bindnings styrka mäts i bindningsenergin, den energi som krävs för att bryta den. Bindningsstyrkan varierar kraftigt. Trippelbindningen i kväve är en av de starkaste, vilket är anledningen till att kvävgas är så oreaktiv. Vätebindningen i vatten är mycket svagare, men den är ansvarig för vattnets höga kokpunkt och ytspänning.

Kemiska bindningar är den materiella världens lim. De avgör hur atomer binds samman, hur molekyler beter sig och hur reaktioner fortskrider.