A covalent bond é uma ligação química entre dois átomos não metálicos. Um exemplo é a água, onde hidrogênio (H) e oxigênio (O) se unem para fazer (H2O). Um invólucro exterior cheio normalmente tem oito electrões, ou dois no caso do hidrogénio ou hélio. Os elétrons de valência são os elétrons mantidos comparativamente soltos no invólucro externo do átomo. A estrutura das conchas de elétrons é determinada pela mecânica quântica.)
O número de elétrons em um átomo é decidido pelo número de prótons no átomo. Os elétrons orbitam os núcleos atômicos, e são como caminhos orbitais difusos ao redor de um núcleo atômico. A primeira camada tem até dois elétrons. As camadas depois disso normalmente contêm até oito. Ligações covalentes são formadas por átomos que partilham electrões de valência.
Se, por exemplo, um átomo tivesse nove electrões, os dois primeiros orbitam muito perto do núcleo, os sete seguintes orbitam um pouco mais longe. Os sete elétrons externos são menos apertados que os dois elétrons internos porque estão mais distantes do núcleo carregado positivamente. Se este átomo se aproximar de outro átomo, com um elétron solto na sua casca externa, um novo orbital ficará disponível para o elétron solto. Este novo orbital de electrões está ligado a ambos os núcleos atómicos e tem um nível de energia inferior ao do orbital original do electrão. O electrão pode saltar espontaneamente para ele e emitir um fotão com a energia em excesso. Agora temos um electrão em órbita de ambos os átomos que resulta no átomo que forneceu ao electrão uma pequena carga líquida positiva e o outro átomo uma pequena carga líquida negativa. Os dois átomos são agora mantidos juntos pela força electromagnética de atracção entre cargas positivas e negativas. Isto é chamado uma ligação covalente. Para quebrar esta ligação é necessária a mesma quantidade de energia que foi liberada quando ela foi formada.
Uma molécula de água consiste de um átomo de oxigênio e dois átomos de hidrogênio mantidos juntos por uma ligação covalente. Neste caso, o átomo de oxigênio compartilha um elétron com cada átomo de hidrogênio. Isto significa que o átomo de oxigênio tem uma pequena carga líquida positiva e o átomo de hidrogênio tem uma pequena carga líquida negativa. Como resultado, os átomos de oxigênio e hidrogênio são atraídos um para o outro devido à força eletromagnética. Por isso a molécula da água é uma molécula polar: sua carga não é distribuída uniformemente.