Två väteatomer har varsin elektron. De delar dessa elektroner för att bilda en vätemolekyl. Det delade paret håller atomerna samman. Det är en kovalent bindning, en bindning som bildas genom att atomer delar elektronpar. Det är den vanligaste typen av bindning inom organisk kemi och biologi. Vatten, proteiner, DNA och fetter hålls alla samman av kovalenta bindningar.

Kovalenta bindningar kan vara enkla, dubbla eller trippelbundna. En enkelbindning delar ett elektronpar. En dubbelbindning delar två elektronpar. En trippelbindning delar tre elektronpar. Ju fler par som delas, desto starkare och kortare är bindningen. Eten har en kol-kol-dubbelbindning. Etyn har en trippelbindning. Kvävgas har en trippelbindning, vilket är anledningen till att den är så oreaktiv.

Kovalenta bindningar kan vara polära eller opolära. I en opolär bindning delas elektronerna lika. I en polär bindning attraherar en atom elektronerna starkare, vilket skapar partiella positiva och negativa laddningar. Skillnaden i elektronegativitet avgör polariteten. Polära bindningar gör molekyler polära, vilket påverkar löslighet, kokpunkt och reaktivitet. Vatten är polärt, vilket är anledningen till att det löser upp salter och sockerarter men inte oljor.

Kovalenta bindningar är inte alltid enkla tvåcentra bindningar med två elektroner. Vissa molekyler har delokaliserade elektroner, där elektronerna delas över flera atomer. Bensen är det klassiska exemplet. Delokaliseringen stabiliserar molekylen och ger den unika egenskaper.