Kovalenttiset sidokset ovat vahvin kemiallisten sidosten tyyppi ja ne syntyvät atomien välille, joilla on samanlainen elektronegatiivisuus. Yleensä elektronegatiivisuus kasvaa jaksollisen taulukon oikealle puolelle ja pienenee taulukkoa alaspäin. Sähkönegatiivisuus ei ole atomiominaisuus, vaan se syntyy, kun atomit ovat vuorovaikutuksessa keskenään.
Nykyaikaisen atomiteorian mukaan atomien ympärillä on elektronit, jotka kiertävät niitä orbitaaleiksi kutsutuissa kuorissa. Jokaisella kiertoradalla on enimmäismäärä elektroneja, ja jokainen atomi “haluaa” maksimoida elektroninsa jokaisella kiertoradalla. Jalokaasut ovat vakaimpia alkuaineita, koska niiden elektroniradalla on kaikki enimmäismäärä elektroneja. He eivät kykene muodostamaan kovalenttisia sidoksia.
Kun kahdella tai useammalla atomilla on samanlainen elektronegatiivisuus, olosuhteet ovat kypsiä kovalenttiselle sidokselle. Molempien atomien elektroni -orbitaalit etsivät samanlaista määrää muita elektroneja maksimoidakseen elektronikuorensa. Kun atomit yhdistetään, niiden elektronikuoret sekoittuvat toisiinsa ja muodostavat niin sanotun ”molekyylin orbitaalit”, jossa elektronit vaeltelevat vapaasti molempien atomien välillä ja kiertävät molempien ytimiä. Tämä tekee kovalenttisesti sitoutuneista materiaaleista, kuten timantista ja monista metalleista, melko johtavia. Sitä vastoin ionisidokset, kuten natriumkloridia (suolaa) yhdistävien sidosten tyyppi, elektronit pitävät atominsa ja kokonaismolekyylirakenne on sen vuoksi heikompi.
Kovalenttiset sidokset eivät ole yleisiä elämän prosesseissa, koska niiden erottaminen vie liikaa energiaa, mikä tekee niistä liian vaikeita työskennellä. Jaettujen elektroniparien lukumäärästä riippuen sidos luonnehditaan yhdeksi, kaksoiseksi, kolmoiseksi ja niin edelleen. Joillakin metalleilla, joilla on korkeimmat sulamispisteet, molybdeenillä ja reniumilla, on nelinkertainen sidos. Viisi- ja sukupuolisidokset ovat melko harvinaisia, ja on hyvä syy uskoa, että mikään jaksollisen taulukon ei voi ylittää seksuaalista sidosta.
Kuten edellä todettiin, kovalentti on vahvin mahdollinen kemiallinen sidos. Muita kemiallisia sidoksia ovat ionisidokset, vetysidokset ja van der Waalsin voima. On olemassa monia muita harvinaisia ja eksoottisia joukkovelkakirjoja, mutta nämä neljä ovat ylivoimaisesti yleisimpiä.