I klormolekyler delar varje kloratom en elektron med en annan kloratom, vilket resulterar i en enda kovalent bindning. Denna kovalenta bindning bildas av överlappningen av atomorbitalerna för de två kloratomerna, vilket resulterar i att ett elektronpar delas. Den kovalenta bindningen i klormolekyler är ganska stark, varför klor är en stabil diatomisk gas vid rumstemperatur.
Den kovalenta bindningen i klor kan också representeras med hjälp av en Lewis-struktur. I en Lewis-struktur representeras atomernas valenselektroner av prickar placerade runt atomsymbolerna. För en klormolekyl är Lewis-strukturen som följer:
```
Cl - Cl
```
Denna Lewis-struktur visar att varje kloratom har sju valenselektroner, där en elektron delas mellan de två kloratomerna för att bilda en kovalent bindning.