Ikke-metalatomer i et kovalent molekyle holdes sammen af kovalente bindinger. Kovalente bindinger dannes, når atomer deler et eller flere elektronpar. De elektroner, der deles, holdes i et område af rummet mellem atomerne, kaldet molekylær orbital. Den molekylære orbital dannes, når de enkelte atomers atomare orbitaler overlapper hinanden.
Styrken af en kovalent binding afhænger af antallet af elektronpar, der deles, og afstanden mellem atomerne. Jo flere elektronpar, der deles, jo stærkere er bindingen. Jo kortere afstanden mellem atomerne er, jo stærkere er bindingen.