I en kovalent binding deles elektroner mellem to eller flere atomer, i modsætning til i en ionbinding, hvor elektroner overføres. De delte elektroner holdes i et område mellem kernerne kaldet en molekylær orbital. Elektronerne i en kovalent binding tiltrækkes af kernerne i begge atomer, som holder atomerne sammen. Kovalente bindinger er typisk stærkere end ionbindinger, fordi elektronerne holdes stærkere mellem atomerne. Kovalent binding findes almindeligvis i organiske forbindelser og molekyler som vand (H2O), kuldioxid (CO2) og metan (CH4).