İki hidrojen atomunun her birinde bir elektron bulunur. Bu elektronları paylaşarak bir hidrojen molekülü oluştururlar. Paylaşılan elektron çifti atomları bir arada tutar. Bu, atomlar arasında elektron çiftlerinin paylaşılmasıyla oluşan bir bağ olan kovalent bağdır. Organik kimyada ve biyolojide en yaygın bağ türüdür. Su, proteinler, DNA ve yağların hepsi kovalent bağlarla bir arada tutulur.

Kovalent bağlar tekli, ikili veya üçlü olabilir. Tekli bağ bir çift elektronu paylaşır. İkili bağ iki çift elektronu paylaşır. Üçlü bağ üç çift elektronu paylaşır. Paylaşılan çift sayısı ne kadar fazla olursa, bağ o kadar güçlü ve kısa olur. Eten, karbon-karbon ikili bağına sahiptir. Etin, üçlü bağa sahiptir. Azot gazı üçlü bağa sahiptir, bu yüzden çok tepkimeye girmez.

Kovalent bağlar polar veya apolar olabilir. Apolar bir bağda elektronlar eşit olarak paylaşılır. Polar bir bağda ise bir atom elektronları daha güçlü çeker ve kısmi pozitif ve negatif yükler oluşturur. Elektronegatiflikteki fark polariteyi belirler. Polar bağlar molekülleri polar hale getirir ve bu da çözünürlüğü, kaynama noktasını ve reaktiviteyi etkiler. Su polardır, bu nedenle tuzları ve şekerleri çözer ancak yağları çözmez.

Kovalent bağlar her zaman basit iki merkezli, iki elektronlu bağlar değildir. Bazı moleküllerde elektronlar birden fazla atom arasında paylaşılır; yani elektronlar yer değiştirir. Benzen bunun klasik bir örneğidir. Elektronların yer değiştirmesi molekülü stabilize eder ve ona eşsiz özellikler kazandırır.