Atomlar tek başlarına var olmazlar. Moleküller ve bileşikler oluşturmak için birbirlerine bağlanırlar. Kimyasal bağ, bileşiklerin oluşumunu sağlayan atomlar arasındaki kalıcı bir çekimdir. Bağ iyonik, kovalent veya metalik olabilir. Güçlü veya zayıf olabilir. Polar veya apolar olabilir. Bağın türü, maddenin özelliklerini belirler.

İyonik bağlar, bir atomun elektronlarını başka bir atoma aktarmasıyla oluşur ve birbirini çeken zıt yüklü iyonlar meydana getirir. Sodyum klorür buna bir örnektir. İyonik bileşikler genellikle sert, kırılgan ve suda çözünürdür. Erimiş veya çözünmüş haldeyken elektriği iletirler. Kovalent bağlar, atomlar elektronları paylaştığında oluşur. Su, metan ve DNA kovalenttir. Kovalent bileşiklerin erime noktaları daha düşüktür ve elektriği iletmezler. Metalik bağlar, metal atomları yer değiştiren elektron denizini paylaştığında oluşur. Metallere iletkenlik, dövülebilirlik ve parlaklık kazandırırlar.

Bağlar statik değildir. Titreşirler, gerilirler ve bükülürler. Kırılabilir ve yeniden oluşabilirler. Bir bağın gücü, onu kırmak için gereken enerji olan bağ enerjisi ile ölçülür. Bağ gücü büyük ölçüde değişir. Azottaki üçlü bağ en güçlü bağlardan biridir, bu nedenle azot gazı çok tepkimeye girmez. Sudaki hidrojen bağı çok daha zayıftır, ancak suyun yüksek kaynama noktası ve yüzey geriliminden sorumludur.

Kimyasal bağlar, madde dünyasının yapıştırıcısıdır. Atomların nasıl birleştiğini, moleküllerin nasıl davrandığını ve reaksiyonların nasıl ilerlediğini belirlerler.