Kemiallinen yhdiste on eräänlainen molekyyli (sitoutuneiden atomien kokoelma), joka koostuu useammasta kuin yhdestä elementistä. Esimerkiksi vesi (H2O) on yhdiste, kun taas kaksiatominen vety (H2) ei ole. Suurin osa maankuoren ja elävien organismien muodostavista atomeista on yhdistelmämuodossa. Yhdisteitä edustavat molekyylikaavat, jotka luettelevat ainesosat ja niiden runsauden.
Atomeista riippuen yhdiste voidaan pitää yhdessä erilaisilla kemiallisilla sidoksilla. Sidokset muodostuvat atomien elektronikuorien vuorovaikutuksesta eri kiertoradan kokoonpanoissa. Riippuen atomien ytimen ympäri kiertävien elektronien lukumäärästä ja orbitaalien tilan määrästä, tietyt atomit ovat alttiita sitoutumaan tietyntyyppisiin muihin atomeihin. Lewis -pisteitä, graafista järjestelmää, joka edustaa yhdistesidostyyppejä, nimetty kemisti Gilbert Lewisin mukaan, opetetaan usein lukion kemian tunneilla. Kemiallisten sidosten olemassaolosta on spekuloitu ainakin 12 -luvulta lähtien, vaikka koko ala oli huonosti ymmärretty, kunnes Lewis esitteli elektronisten joukkovelkakirjojen käsitteen vuonna 1916.
Kun atomilla on “täysi” elektronikuori, se on hyvin ei -reaktiivinen eikä yleensä sitoutu muihin atomeihin. Nämä elementit löytyvät jaksollisen taulukon oikeasta reunasta ja niitä kutsutaan jalokaasuiksi. Esimerkkejä ovat helium, neon ja argon.
Kemiallisissa yhdisteissä yleisin sidostyyppi on kovalenttinen sidos, jossa molemmilla rakenneosilla on samanlainen elektronegatiivisuus, mikä johtaa elektronien tasaiseen jakautumiseen. Elektronien orbitaalit ovat päällekkäisiä, ja yksi elektroni voi kiertää molempia atomiytimiä, jotka eivät kuulu kumpaankaan yksinomaan. Esimerkki kovalenttisilla sidoksilla pidetystä molekyylistä on timantti. Toinen sidostyyppi, ioninen sidos, esiintyy atomeissa, joilla on merkittäviä eroja elektronegatiivisuudessa, jolloin yksi atomi hallitsee elektronien syöttöä. Nämä ovat yleensä hieman heikompia kuin kovalenttiset sidokset. Esimerkki on natriumkloridi tai suola.
Muita joukkovelkakirjalajeja on olemassa: metalliset sidokset, van der Waals -joukot ja monet muut. Yhdessä nämä muodostavat kaikki maailmankaikkeuden kemialliset yhdisteet.