主要以共價鍵結合形成的化合物，叫做共價化合物。不同種非金屬元素的原子結合形成的化合物（如CO2、ClO2、B2H6、BF3、NCl3等）和大多數有機化合物，都屬於共價化合物。在共價化合物中，一般有獨立的分子（有名符其實的分子式）。通常共價化合物的熔點、沸點較低，難溶於水，熔融狀態下不導電，硬度較小。有些離子型化合物中也可能存在共價鍵結合。例如，NaOH分子中既有離子鍵又有共價鍵。以共價鍵結合的有限分子（即共價化合物分子），且靠分子間範德華力作用而凝聚成的晶體，是典型的分子晶體，如CO2晶體、苯的晶體等。以共價鍵結合的無限分子形成的晶體屬於共價型晶體或原子晶體，它是由處於陣點位置的原子透過共價鍵結合而成的晶體，如金剛石晶體、單晶矽和白矽石（SiO2）晶體。

兩種非金屬元素原子（或不活潑金屬元素和非金屬元素）化合時，原子間各出一個或多個電子形成電子對，這個電子對受兩種元素原子的原子核的共同吸引，為兩種元素原子所共有，使兩種元素的原子形成化合物分子。例如，氯化氫是氫原子和氯原子各以最外層一個電子形成一個共用電子對而組成的化合物分子。非金屬氫化物（如HCl、H2O、NH3等）、非金屬氧化物（如CO2、SO3等）、無水酸（如H2SO4、HNO3等）、大多數有機化合物（如甲烷、酒精、蔗糖等）都是共價化合物。多數共價化合物在固態時，熔點、沸點較低，硬度較小。