Un enlace covalente es un enlace químico entre dos átomos no metálicos. Un ejemplo es el agua, donde el hidrógeno (H) y el oxígeno (O) se unen para formar (H2O). Una capa exterior completa suele tener ocho electrones, o dos en el caso del hidrógeno o el helio. Los electrones de valencia son los que se mantienen relativamente sueltos en la capa exterior del átomo. La estructura de las capas de electrones viene determinada por la mecánica cuántica.)
El número de electrones de un átomo viene determinado por el número de protones del mismo. Los electrones orbitan los núcleos atómicos, y son como caminos orbitales difusos alrededor de un núcleo atómico. La primera capa tiene hasta dos electrones. Las capas siguientes suelen contener hasta ocho. Los enlaces covalentes se forman cuando los átomos comparten electrones de valencia.
Si, por ejemplo, un átomo tuviera nueve electrones, los dos primeros orbitan muy cerca del núcleo, los siete siguientes orbitan un poco más lejos. Los siete electrones exteriores están menos sujetos que los dos interiores porque están más alejados del núcleo cargado positivamente. Si este átomo se acerca a otro átomo, con un electrón poco apretado en su capa exterior, un nuevo orbital estará disponible para el electrón poco apretado. Este nuevo orbital del electrón está ligado a ambos núcleos atómicos y tiene un nivel de energía más bajo que el orbital original del electrón. El electrón puede saltar espontáneamente a él y emitir un fotón con el exceso de energía. Ahora tenemos un electrón orbitando ambos átomos, lo que hace que el átomo que proporcionó el electrón tenga una pequeña carga neta positiva y que el otro átomo tenga una pequeña carga neta negativa. Los dos átomos están ahora unidos por la fuerza electromagnética de atracción entre cargas positivas y negativas. Esto se denomina enlace covalente. Para romper este enlace se necesita la misma cantidad de energía que se liberó cuando se formó.
Una molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno unidos por un enlace covalente. En este caso, el átomo de oxígeno comparte un electrón con cada átomo de hidrógeno. Esto significa que el átomo de oxígeno tiene una pequeña carga neta positiva y el átomo de hidrógeno tiene una pequeña carga neta negativa. Como resultado, los átomos de oxígeno e hidrógeno se atraen entre sí debido a la fuerza electromagnética. Por ello, la molécula de agua es una molécula polar: su carga no está distribuida uniformemente.