Icke-metallatomer i en kovalent molekyl hålls samman av kovalenta bindningar. Kovalenta bindningar bildas när atomer delar på ett eller flera elektronpar. Elektronerna som delas hålls i ett område av rymden mellan atomerna, som kallas molekylorbitalen. Den molekylära orbitalen bildas när de enskilda atomernas atomära orbitaler överlappar varandra.

Styrkan hos en kovalent bindning beror på antalet elektronpar som delas och avståndet mellan atomerna. Ju fler elektronpar som delas, desto starkare bindning. Ju kortare avståndet är mellan atomerna, desto starkare bindning.