Kemične vezi so atomi, ki se držijo skupaj v molekulah ali kristalih. Nastanejo kot posledica skupnih elektronov atomov. Nastanejo tudi iz popolnega prenosa elektronov. Tri glavne vrste vezi so ionske, kovalentne in polarne kovalentne. Vodikove vezi so pogosto vključene tudi v kategorijo kemičnih vezi.
Ionske vezi so kemične vezi, ki nastanejo iz reakcij nizko elektronegativnih elementov s tistimi z visoko elektronegativnostjo. V takih primerih pride do popolnega prenosa elektronov. Primer ionske vezi je navadna kuhinjska sol, ki jo znanstveno imenujemo natrijev klorid. Pri tvorbi te kemične vezi natrij prenese elektron svoje zunanje lupine na klor. Natrij ima samo en elektron zunanje lupine, klor pa potrebuje samo enega za svojo lupino.
Kovalentne kemične vezi so nekoliko drugačne in običajno nastanejo med atomi, ki nimajo popolnoma napolnjene zunanje lupine. V kovalentnih vezi so elektroni v celoti deljeni. Te vezi nastanejo med atomi, ki so si podobni po elektronegativnosti. Večina organskih spojin vsebuje kovalentne vezi.
Polarne kovalentne kemične vezi so nekoliko vmes med ionsko in kovalentno vezjo; atomi v teh kemičnih vezi si delijo elektrone. Vendar pa se atomi večino časa osredotočajo na en določen atom in ne na druge v isti spojini. Ta vrsta kemične vezi nastane, ko so atomi zelo različni po elektronegativnosti. Voda je primer polarne kovalentne vezi; kisik premaga vodik v smislu elektronegativnosti. Kot taki elektroni v vodi preživijo več časa okoli kisika kot vodika.
V vodi ima kisikov konec vodne molekule negativen naboj, medtem ko ima konec vodika pozitiven naboj. Ta nasprotni naboj povzroči močno elektrostatično privlačnost, ki velja za vodikovo vez. Ta vrsta kemične vezi ima pomembno vlogo pri določanju kritičnih lastnosti vode, ki so ključnega pomena za živa bitja. Vendar pa vodikove vezi niso omejene samo na vodo. Lahko se pojavijo tudi znotraj drugih molekul.