Kemiassa kaksiarvoinen on vanhempi termi kaksiarvoiselle, mikä tarkoittaa atomia tai ionia, joiden valenssi on kaksi. Valenssilla tarkoitetaan kovalenttisten sidosten lukumäärää, jonka atomi tai ioni voi muodostaa muiden atomien kanssa. Kovalenttiset sidokset muodostuvat jakamalla elektroneja atomin uloimpaan valenssikuoreen tai kiertoradalle, joten kaksiarvoisessa atomissa tai ionissa on määritelmän mukaan kaksi valenssielektronia, joiden kanssa sidokset voidaan muodostaa. Kaksiarvoiset anionit ja kationit – ionit, joissa on negatiivinen ja positiivinen varaus – ovat tärkeitä monissa biologisissa järjestelmissä, mukaan lukien ihmisen aineenvaihdunta.
Elektronit voidaan visualisoida kiertämällä atomin ydintä kuorien sarjassa, joista jokainen voi pitää vain tietyn määrän elektroneja ennen kuin se täytetään. Ydintä lähempänä olevat kuoret täytetään ensin. Kun atomit reagoivat keskenään, niillä on taipumus sitoutua siten, että ne täyttävät elektronien uloimman tai valenssikuoren. Lähes kaikissa tapauksissa täysivalenssikuori koostuu kahdeksasta elektronista – sama valenssikonfiguraatio kuin jalokaasuperheen elementit, joka on jaksollisen elementtitaulukon viimeinen pystysuora sarake. Atomien taipumus saada tai menettää elektroneja muista atomeista tämän vakaan valenssioktetin saavuttamiseksi tunnetaan oktettisääntönä.
Kaksiarvoisissa elementeissä on kaksi valenssielektronia, joten helpoin tapa saavuttaa koko oktettivalenssikuori on menettää nämä kaksi ulkoista elektronia jättäen kuori sen alle täytettynä. Esimerkiksi kun magnesium, jossa on kaksi valenssielektronia, sitoutuu happiin, jossa on kuusi valenssielektronia, happiatomi saa kaksi elektronia magnesiumista oktetinsa täyttämiseksi. Tämä muodostaa yhdisteen MgO, magnesiumoksidi.
Jaksollisessa taulukossa kemialliset alkuaineet, joilla on sama valenssielektronikonfiguraatio, näytetään samassa ryhmässä tai pystysuorassa sarakkeessa. Kunkin ryhmän jäsenillä on taipumus reagoida kemiallisesti samalla tavalla, koska niillä on yhteinen valenssielektronien määrä. Elementtejä, joissa on kaksi valenssielektronia, löytyy ryhmästä 2 ja niihin kuuluvat beryllium, magnesium, kalsium, strontium ja barium. Jotkut siirtymämetallit, kuten rauta ja mangaani, voivat myös esiintyä tässä muodossa.
Kaksiarvoiset ionit ovat usein tärkeitä myös kemiassa. Kun atomi menettää kaksi valenssielektroniaan, mutta ei sido kovalenttisesti, siitä tulee positiivisesti varautunut ioni tai kationi. Samoin atomin, joka saa elektroneja neutraalista tilastaan, sanotaan olevan anioni. Esimerkiksi sulfidin, kahdenarvoisen anionin, negatiivinen varaus on kaksi – siinä on kaksi elektronia enemmän kuin protoneja. Magnesiumilla ja kalsiumilla, jotka yleensä muodostavat kaksiarvoisia kationeja, on kummassakin positiivinen varaus kaksi.
Kalsium- ja magnesiumkationeja esiintyy usein kovassa vedessä, vedessä, jossa on paljon mineraaleja. Niillä on myös tärkeä rooli biologisissa prosesseissa. Esimerkiksi kalsiumkationit sitoutuvat solujen proteiineihin ja toimivat viestinvälittäjinä signaalinsiirrossa – toisin sanoen ne stimuloivat tapahtumia solussa. Ne ovat myös ratkaisevia kasvien soluseinien rakenteellisena osana ja aktivoivat lihasten supistumista eläimillä.