Kovalenta bindningar är kemiska bindningar mellan två atomer som inte är metaller. Ett exempel är vatten, där väte (H) och syre (O) binds samman till (H2O). Ett fullt yttre skal har vanligtvis åtta elektroner, eller två i fallet med väte eller helium. Valenceelektroner är de elektroner som hålls jämförelsevis löst i atomens yttre skal. Elektronskalens struktur bestäms av kvantmekaniken).
Antalet elektroner i en atom bestäms av antalet protoner i atomen. Elektroner kretsar kring atomkärnor, och de är som luddiga banor runt en atomkärna. Det första lagret har upp till två elektroner. De efterföljande lagren innehåller vanligtvis upp till åtta. Kovalenta bindningar bildas genom att atomer delar valenceelektroner.
Om en atom till exempel hade nio elektroner, skulle de två första kretsa mycket nära kärnan och de sju följande kretsa lite längre bort. De sju yttersta elektronerna är mindre fasthållna än de två innersta elektronerna eftersom de befinner sig längre bort från den positivt laddade kärnan. Om den här atomen kommer nära en annan atom med en löst hållen elektron i sitt yttre skal, blir en ny bana tillgänglig för den löst hållna elektronen. Denna nya elektronbanebana är bunden till båda atomkärnorna och har en lägre energinivå än den ursprungliga elektronbanebanan. Elektronen kan spontant hoppa dit och avge en foton med överskottsenergin. Nu har vi en elektron som kretsar kring båda atomerna vilket resulterar i att den atom som gav elektronen en liten positiv nettoladdning och den andra atomen en liten negativ nettoladdning. De två atomerna hålls nu samman av den elektromagnetiska attraktionskraften mellan positiva och negativa laddningar. Detta kallas en kovalent bindning. För att bryta denna bindning krävs samma mängd energi som frigjordes när den bildades.
En vattenmolekyl består av en syreatom och två väteatomer som hålls samman av en kovalent bindning. I detta fall delar syreatomen en elektron med varje väteatom. Detta innebär att syreatomerna har en liten positiv nettoladdning och väteatomerna en liten negativ nettoladdning. Som ett resultat av detta dras syre- och väteatomerna till varandra på grund av den elektromagnetiska kraften. På grund av detta är vattenmolekylen en polär molekyl: dess laddning är inte jämnt fördelad.
