Um átomo instável pode adquirir também uma estrutura eletrônica semelhante à de um gás nobre pelo emparelhamento de seus elétrons com os de outro. Esse tipo de ligação que recebe o nome de ligação covalente ou molecular forma uma molécula. Em condições adequadas uma molécula pode existir como entidade isolada.

Um exemplo clássico de ligação covalente é o que ocorre no cloreto de sódio, popularmente conhecido como sal de cozinha. Ele é composto basicamente por um átomo de sódio (Na) e um átomo de cloro (Cl). O Na doa seu único elétron da camada de valência ao Cl formando o composto NaCl.

Os átomos que possuem cinco, seis ou sete elétrons na última camada tendem a receber elétrons. Os não-metais possuem essa estrutura eletrônica. Assim, a ligação covalente ocorre entre não-metal e não-metal ou entre hidrogênio e não-metal.

A ligação covalente ou molecular ocorre quando os átomos envolvidos tendem a receber elétrons. Omo é impossível que todos os átomos recebam elétrons sem ceder nenhum, eles compartilham seus elétrons, formando pares eletrônicos. Cada par eletrônico é constituído por um elétron de cada átomo e pertence simultaneamente aos dois átomos. Como não ocorre ganho ou perda de elétrons, formam-se estruturas eletricamente neutras, de grandeza limitada, denominadas moléculas.