Ковалентний зв’язок утворюється за рахунок загальних електронних пар, що виникають в електронних оболонках пов’язаних атомів (звідси інші назви – атомний зв’язок, електронно-дублетний зв’язок). Оскільки ковалентно пов’язані атоми не несуть на собі іонних зарядів (як при іонної зв’язку), ковалентний зв’язок ще називають гомеополярний або неполярний.

Ковалентний зв’язок може бути утворений атомами одного і того ж елемента – неполярний хімічний зв’язок; наприклад, неполярний ковалентний зв’язок існує в молекулах одноелементних газів H₂, O₂, N₂, Cl₂ та ін. Ковалентний зв’язок може бути утворений атомами різних елементів, подібних за хімічним характером – полярний хімічний зв’язок; наприклад, полярний ковалентний зв’язок існує в молекулах H₂O, NF₃, CS₂. Неполярний хімічний зв’язок називають чисто ковалентний хімічний зв’язок.

Ковалентні зв’язки зазвичай формуються між атомами елементів, що володіють електронегативним характером, тобто між атомами неметалічних елементів, хоча відомі ковалентні зв’язки в молекулах, що складаються з атомів електропозитивних елементів, таких як Li₂, такі молекули мають слабкий хімічний зв’язок і нестійкі.

Для наочного зображення ковалентного зв’язку в хімічних формулах використовуються точки (кожна точка відповідає валентному електрону), а так само риски (кожна риска відповідає загальній електронній парі).

Наприклад, зв’язку в молекулі Cl₂ можна зобразити так:

• • •• Cl •• • • •• Cl •• • • • • •• Cl •• – •• Cl •• • • Cl – Cl

Такі записи електронних формул рівнозначні.

Ковалентні зв’язки мають просторову спрямованість. В результаті ковалентного зв’язування атомів утворюються або молекули, або атомні кристалічні решітки з чітким геометричним розташуванням атомів. Кожній речовині (або декільком ізоморфним речовинам) відповідає своя структура.

З позицій теорії Бора формування ковалентного зв’язку пояснюється наступним чином. Атомам властива тенденція добудовувати свій зовнішній шар електронної оболонки в октет, тобто в конфігурацію найближчого благородного газу. Обидва атома-партнери по зв’язку надають для утворення ковалентного зв’язку по одному неспареному електрону ​​і обидва ці електрона стають загальними для цих атомів.

Наприклад, атоми хлору, кожен з яких на зовнішньому енергетичному рівні має сім електронів – три пари і один неспарений електрон, створюють (кожен для себе) октет валентних електронів шляхом утворення ковалентного зв’язку:

• • •• Cl •• • + • •• Cl •• • • → • • •• Cl •• • • •• Cl •• • •

Нова електронна пара, що виникла з двох неспарених електронів, стає загальною для двох атомів хлору.

Незважаючи на очевидну наочність електронних формул, в рамках модельних уявлень теорії Бору неможливо вказати, на яких орбітах рухаються електрони загальної пари. Вони не можуть вже знаходитися на атомних орбітах (кожна з яких відноситься лише до одного атомного ядра). Тому теорія Бора (недостатня для пояснення будови незв’язаного атома) виявилася неспроможною і в поясненні механізму утворення ковалентного зв’язку. Ці труднощі усуває квантово-механічна, орбітальна модель атома.