Kovalentne veze su najjača vrsta kemijske veze i stvaraju se između atoma slične elektronegativnosti. Općenito, elektronegativnost raste desno od periodnog sustava i opada niz tablicu. Elektronegativnost nije atomsko svojstvo, već se javlja kada atomi međusobno djeluju.
Prema modernoj atomskoj teoriji, atomi imaju elektrone koji kruže oko njih u školjkama koje se nazivaju orbitale. Svaka orbitala ima maksimalan broj elektrona, a svaki atom “želi” maksimalno iskoristiti svoje elektrone u svakoj orbitali. Plemeniti plinovi su najstabilniji elementi jer sve njihove elektronske orbitale nose najveći broj elektrona. Nesposobne su za stvaranje kovalentnih veza.
Kada dva ili više atoma imaju sličnu elektronegativnost, uvjeti su zreli za kovalentnu vezu. Elektronske orbitale oba atoma traže sličan broj drugih elektrona kako bi maksimalno iskoristili svoje elektronske ljuske. Kada se atomi spoje, njihove elektronske ljuske se miješaju i stvaraju nešto što se zove “molekularne orbitale”, gdje elektroni slobodno lutaju između oba atoma i kruže oko jezgri oba. To čini kovalentno vezane materijale, kao što su dijamant i mnogi metali, prilično vodljivima. Nasuprot tome, ionske veze, kao što je vrsta veza koje drže zajedno natrijev klorid (sol), elektroni se drže za svoje atome, a ukupna molekularna struktura je slabija kao rezultat.
Kovalentne veze nisu uobičajene u životnim procesima jer je potrebno previše energije da se razdvoje, što ih čini preteškim za rad. Ovisno o broju zajedničkih elektronskih parova, veza se karakterizira kao jednostruka, dvostruka, trostruka i tako dalje. Neki od metala s najvišim talištem, molibden i renij, imaju četverostruke veze. Peterostruke i šestostruke veze su prilično rijetke i postoji dobar razlog vjerovati da ništa u periodičnoj tablici ne može ići dalje od šestostruke veze.
Kao što je već rečeno, kovalentna je najjača moguća vrsta kemijske veze. Ostale kemijske veze uključuju ionske veze, vodikove veze i van der Waalsovu silu. Postoje mnoge druge vrste rijetkih i egzotičnih veza, ali ove četiri su daleko najčešće.