Kemijski spoj je vrsta molekule (kolekcija vezanih atoma) koja se sastoji od više od jednog elementa. Na primjer, voda (H2O) je spoj, dok dvoatomski vodik (H2) nije. Većina atoma koji čine Zemljinu koru i živi organizmi su u složenom obliku. Spojevi su predstavljeni molekularnim formulama koje navode sastavne atome i njihovu zastupljenost.
Ovisno o atomima, spoj se može držati zajedno različitim kemijskim vezama. Veze nastaju interakcijama atomskih elektronskih ljuski u različitim orbitalnim konfiguracijama. Ovisno o broju elektrona koji kruže oko jezgre atoma i količini prostora u orbitalama, određeni atomi su skloni vezanju s određenim drugim vrstama atoma. Lewisove točke, grafički sustav predstavljanja složenih vrsta veza, nazvan po kemičaru Gilbertu Lewisu, često se podučava u srednjoj školi kemije. O postojanju kemijskih veza nagađalo se barem od 12. stoljeća, iako je cijelo polje bilo slabo shvaćano sve dok Lewis 1916. nije uveo koncept elektronskih veza.
Kada atom posjeduje “punu” elektronsku ljusku, on je vrlo nereaktivan i teži da se ne veže za druge atome. Ovi elementi se mogu naći na krajnjoj desnoj strani periodnog sustava i nazivaju se plemenitim plinovima. Primjeri uključuju helij, neon i argon.
U kemijskim spojevima, najčešći tip veze je kovalentna veza, gdje oba sastavna atoma imaju sličnu elektronegativnost, što rezultira ravnomjernim dijeljenjem elektrona. Elektronske orbitale se preklapaju, a jedan elektron može kružiti oko obje atomske jezgre, ne pripadajući ni jednoj isključivo. Primjer molekule koju drže zajedno kovalentne veze je dijamant. Druga vrsta veze, ionska veza, javlja se u atomima sa značajnim razlikama u elektronegativnosti, gdje taj jedan atom dominira opskrbom elektrona. One su obično nešto slabije od kovalentnih veza. Primjer je natrijev klorid ili sol.
Postoje i druge vrste veza: metalne veze, van der Waalsove sile i nekoliko drugih. Zajedno, oni čine sve kemijske spojeve u svemiru.