V kemiji je dvovalentni starejši izraz za dvovalentno, kar pomeni atom ali ion z valenco dveh. Valenca se nanaša na število kovalentnih vezi, ki jih lahko tvori atom ali ion z drugimi atomi. Kovalentne vezi nastanejo z delitvijo elektronov v najbolj oddaljeni valenčni lupini ali orbiti atoma, tako da ima bivalentni atom ali ion po definiciji dva valenčna elektrona, s katerimi tvorita vez. Bivalentni anioni in kationi – ioni z negativnim in pozitivnim nabojem – so pomembni v številnih bioloških sistemih, vključno s človeško presnovo.
Elektrone lahko vizualiziramo tako, da krožijo okoli jedra atoma v seriji lupin, od katerih lahko vsaka zadrži le določeno število elektronov, preden se napolni. Najprej se napolnijo lupine, ki so bližje jedru. Ko atomi reagirajo drug z drugim, se nagibajo k povezovanju tako, da zapolnijo svojo najbolj zunanjo ali valenčno lupino elektronov. V skoraj vsakem primeru je polna valenčna lupina sestavljena iz osmih elektronov – enake valenčne konfiguracije kot elementi v družini žlahtnih plinov, zadnji navpični stolpec v periodnem sistemu elementov. Težnja atomov, da pridobijo ali izgubijo elektrone od drugih atomov, da dosežejo ta stabilen valenčni oktet, je znana kot oktetno pravilo.
Bivalentni elementi imajo dva valenčna elektrona, zato je najlažji način, da dosežejo polno oktetno valenčno lupino, da izgubijo ta dva zunanja elektrona in pustijo lupino spodaj napolnjeno. Na primer, ko se magnezij, ki ima dva valenčna elektrona, veže s kisikom, ki ima šest valenčnih elektronov, atom kisika pridobi dva elektrona iz magnezija, da zapolni svoj oktet. Tako nastane spojina MgO, magnezijev oksid.
V periodnem sistemu so kemični elementi z enako konfiguracijo valenčnih elektronov prikazani v isti skupini ali navpičnem stolpcu. Člani vsake skupine zaradi skupnega števila valenčnih elektronov kemično reagirajo na podoben način. Elemente z dvema valenčnima elektronoma najdemo v skupini 2 in vključujejo berilij, magnezij, kalcij, stroncij in barij. Nekatere prehodne kovine, kot sta železo in mangan, lahko obstajajo tudi v tej obliki.
Bivalentni ioni so pogosto pomembni tudi v kemiji. Ko atom izgubi svoja dva valenčna elektrona, vendar se ne veže kovalentno, postane pozitivno nabit ion ali kation. Podobno naj bi bil atom, ki pridobi elektrone iz svojega nevtralnega stanja, anion. Na primer, sulfid, dvovalentni anion, ima negativni naboj dva – ima dva več elektrona kot protonov. Magnezij in kalcij, ki običajno tvorita dvovalentne katione, imata vsak pozitiven naboj dva.
Kalcijeve in magnezijeve katione pogosto najdemo v trdi vodi, vodi z visoko vsebnostjo mineralov. Imajo tudi pomembno vlogo v bioloških procesih. Kalcijevi kationi se na primer vežejo na beljakovine v celicah in delujejo kot prenašalci signalov – z drugimi besedami, spodbujajo dogodke v celici. Prav tako so ključnega pomena kot strukturna komponenta rastlinskih celičnih sten in pri aktiviranju mišične kontrakcije pri živalih.