Kovalentne vezi so najmočnejša vrsta kemične vezi in nastanejo med atomi s podobno elektronegativnostjo. Na splošno se elektronegativnost poveča proti desni strani periodnega sistema in zmanjša navzdol po tabeli. Elektronegativnost ni atomska lastnost, ampak se pojavi, ko atomi medsebojno delujejo.
Po sodobni atomski teoriji imajo atomi elektrone, ki krožijo okoli njih v lupinah, imenovanih orbitale. Vsaka orbitala ima največje število elektronov in vsak atom “želi” maksimirati svoje elektrone v vsaki orbitali. Žlahtni plini so najbolj stabilni elementi, ker vse njihove elektronske orbitale nosijo največje število elektronov. Niso sposobni tvoriti kovalentnih vezi.
Ko imata dva ali več atomov podobno elektronegativnost, so pogoji zreli za kovalentno vez. Elektronske orbitale obeh atomov iščejo podobno število drugih elektronov, da bi maksimalno izkoristili svoje elektronske lupine. Ko so atomi združeni, se njihove elektronske lupine premešajo in ustvarijo nekaj, kar se imenuje “molekularne orbitale”, kjer elektroni prosto tavajo med obema atomoma in krožijo okoli jeder obeh. Zaradi tega so kovalentno vezani materiali, kot so diamant in številne kovine, precej prevodni. Nasprotno, ionske vezi, kot je vrsta vezi, ki držijo skupaj natrijev klorid (sol), se elektroni držijo svojih atomov, zaradi česar je celotna molekularna struktura šibkejša.
Kovalentne vezi niso pogoste v življenjskih procesih, ker je za njihovo razpad potrebno preveč energije, zato je delo z njimi pretežko. Glede na število skupnih elektronskih parov je vez označena kot enojna, dvojna, trojna itd. Nekatere kovine z najvišjimi tališči, molibden in renij, imajo štirikratne vezi. Petkratne in šestkratne vezi so precej redke in obstaja dober razlog za domnevo, da nič v periodični tabeli ne more presegati šestkratne vezi.
Kot smo že omenili, je kovalentna najmočnejša možna vrsta kemične vezi. Druge kemične vezi vključujejo ionske vezi, vodikove vezi in van der Waalsovo silo. Obstaja veliko drugih vrst redkih in eksotičnih vezi, vendar so te štiri daleč najpogostejše.