Kovalenttiset yhdisteet ovat aineita, jotka muodostuvat, kun kaksi tai useampia eri alkuaineita yhdistetään kovalenttisella sidoksella. Kovalenttinen sidos muodostuu, kun kaksi ei-metallista atomia jakaa elektronin. Atomit sitoutuvat yhteen yrittäessään tulla vakaammiksi. Yleensä atomit ovat vakaampia, kun niillä on sama määrä elektroneja kuin lähimmällä jalokaasulla, ja tämä tarkoittaa yleensä sitä, että niiden ulkokuorissa on kahdeksan elektronia. Ionisidoksissa tämä saavutetaan atomilla, jolla on voimakkaampi elektronegatiivisuus – atomin vetovoima elektronien suhteen – varastamalla elektroneja niiltä, joilla on pienempi elektronegatiivisuus. Kovalenttisten yhdisteiden tapauksessa kumpikaan atomi ei ole tarpeeksi vahva varastaakseen elektroneja, joten ne jakavat ne.
Kovalenttisia sidoksia, jotka voivat muodostaa kovalenttisia yhdisteitä, on kahdenlaisia: polaariset ja ei-polaariset sidokset. Polaarisidokset koostuvat yleensä eri atomeista, jotka jakavat elektroneja epätasaisesti. Tämä johtuu usein vahvemmasta elektronegatiivisesta atomista, joka vetää elektronit lähemmäs kuin heikompi atomi. Koska elektroni viettää suurimman osan ajastaan lähempänä yhtä atomia kuin toinen, tuloksena on kovalenttinen yhdiste, jolla on osittain negatiivinen pää ja osittain positiivinen pää.
Ei-polaariset kovalenttiset sidokset muodostuvat yleensä kahdesta atomista, jotka jakavat elektronit tasaisesti. Tämän tyyppisillä sidoksilla elektronit viettävät saman ajan jokaisen atomin kanssa, joten polaarisia päitä ei ole. Hyvä esimerkki polaarisesta molekyylistä on vesi, jonka kemiallinen kaava on H2O. Tässä tapauksessa happiatomi houkuttelee elektroneja enemmän itseensä kuin kaksi vetyatomia, jolloin saadaan kovalenttinen yhdiste, joka on osittain negatiivinen happipäässä ja osittain positiivinen vetypäässä. Esimerkki ei-polaarisesta molekyylistä on metaanimolekyyli (CH4), jossa kaikki atomit jakavat elektroninsa tasapuolisesti.
Yleensä kovalenttisilla yhdisteillä on alhainen sulamis- ja kiehumispiste ionisiin yhdisteisiin verrattuna. Lisäksi kovalenttisista yhdisteistä valmistettu aine ei yleensä ole yhtä kova kuin ioniyhdisteistä valmistettu aine. Nämä ominaisuudet ovat seurausta siitä, että molekyylit on helppo erottaa toisistaan. Vaikka atomit, jotka muodostavat molekyylejä kovalenttisessa yhdisteessä, ovat tiiviisti sidoksissa, yksittäiset aineen käsittävät molekyylit voivat pitää vähän toisiaan. Esimerkiksi ihmisellä voi olla vaikeuksia erottaa vety ja happi vesimolekyylissä, mutta kiehuva vesi – molekyylien erottaminen niin, että vesi muuttuu nesteestä kaasuksi – on helpompi tehtävä.
Useimpien kovalenttisten yhdisteiden muita ominaisuuksia ovat niiden kyvyttömyys liuottaa ja kyvyttömyys johtaa sähköä veteen. Lopuksi kovalenttiset yhdisteet ovat yleensä syttyviä ionisiin yhdisteisiin verrattuna. Tämä syttyvyys johtuu siitä, että monet kovalenttiset sidokset koostuvat yleensä hiilestä ja vedystä. Vety ja hiili voivat palaa lämmön ja hapen läsnä ollessa muodostaen hiilidioksidia ja vettä reaktiossa, jota kutsutaan palamiseksi. Kuten kaikkiin näihin ominaisuuksiin, sääntöön on poikkeuksia, esimerkiksi kovalenttiset sidokset, joiden koostumus ei sisällä hiiltä tai vetyä, eivät yleensä pala.