Ковалентная связь образуется за счет общих электронных пар, возникающих в электронных оболочках связываемых атомов (отсюда другие названия – атомная связь, электронно-дублетная связь). Поскольку ковалентно связанные атомы не несут на себе ионных зарядов (как при ионной связи), ковалентную связь еще называют гомеополярной или неполярной.

Ковалентная связь может быть образована атомами одного и того же элемента и тогда она неполярная; например, неполярная ковалентная связь существует в молекулах одноэлементных газов H₂, O₂, N₂, Cl₂ и др. Ковалентная связь может быть образована атомами разных элементов, сходных по химическому характеру, и тогда она полярная; например, полярная ковалентная связь существует в молекулах H₂O, NF₃, CS₂. Неполярную химическую связь называют чисто ковалентная химическая связь.

Ковалентные связи обычно формируются между атомами элементов, обладающих электроотрицательным характером, т.е. между атомами неметаллических элементов, хотя известны ковалентные связи в молекулах, состоящих из атомов электроположительных элементов, таких как Li₂, такие молекулы имеют слабую химическую связь и неустойчивы.

Для наглядного изображения ковалентной связи в химических формулах используются точки (каждая точка отвечает валентному электрону), а так же черта (каждая черта отвечает общей электронной паре).

Например, связи в молекуле Cl₂ можно изобразить так:

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

Такие записи электронных формул равнозначны.

Ковалентные связи обладают пространственной направленностью. В результате ковалентного связывания атомов образуются либо молекулы, либо атомные кристаллические решетки со строго определенным геометрическим расположением атомов. Каждому веществу (или нескольким изоморфным веществам) соответствует своя структура.

С позиций теории Бора формирование ковалентной связи объясняется следующим образом. Атомам свойственна тенденция преобразовывать свой внешний слой электронной оболочки в октет, т.е. в конфигурацию ближайшего благородного газа. Оба атома -партнера по связи предоставляют для образования ковалентной связи по одному неспаренному электрону, т.е. занимающему атомную орбиру, и оба эти электрона становятся общими для этих атомов.

Например, атомы хлора, каждый из которых на внешнем энергетическом уровне имеет семь электронов – три пары и один неспаренный электрон, создают (каждый для себя) октет валентных электронов путем образования одной ковалентной связи:

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

Новая электронная пара возникшая из двух неспаренных электронов, становится общей для двух атомов хлора.

Несмотря на очевидную наглядность электронных формул, в рамках модельных представлений теории Бора невозможно указать, по каким орбитам движутся электроны общей пары. Они не могут уже находится на атомных орбитах (каждая из которых относится лишь к одному атомному ядру). Поэтому теория Бора (недостаточная для объяснения строения несвязанного атома) оказалась несостоятельной и в объяснении механизма образования ковалентной связи. Эти трудности устраняет квантово-механическая, орбитальная модель атома.