共价键是一种通过共享电子将原子结合在一起的化学键。更准确地说，共价键涉及原子核之间较高的电子密度；这种电子密度至少部分源于电子共享，并与原子间的吸引作用及特征性的核间距离相关。共价键构成许多分子的骨架，也存在于延展固体中。常见的共用电子对图景很有用，但并非所有共价相互作用都由局限在两个原子之间的一对电子构成。(goldbook.iupac.org)
物理基础与理论描述
共价键可用量子力学解释。电子由量子态而非固定轨迹来描述，成键则取决于整个组合体系的能量。在氢分子中，电子与两个原子核之间的吸引作用使分子稳定，而电子之间及原子核之间的排斥作用则阻止它们过度靠近。由此产生的能量最低点决定了平衡键长；仅有电子共享并不保证能形成稳定的化学键。(openstax.org)
两种互补的模型可以描述这种电子结构。价键理论强调原子轨道之间的重叠，以及局域成键相互作用中的电子配对。轨道杂化将同一原子上的轨道组合成具有方向性的轨道，便于描述分子的几何构型。这些轨道是数学构造，并不是独立的物理实体。(openstax.org)
分子轨道理论则用遍及整个分子的轨道来描述电子。成键轨道使体系稳定，而反键轨道被电子占据时则会削弱成键。这种方法能够解释简单电子对图示无法涵盖的性质，包括氧分子中的未成对电子及其引起的顺磁性。两种理论都是对同一个底层量子体系的建模。(openstax.org)
电子对表示法及其局限
路易斯结构用点表示价电子，用原子符号之间的线表示共用电子对。一条线表示一对共用电子，两条或三条线分别表示双键或三键。不参与成键的电子对称为孤电子对，单独标出。因此，H–H 表示氢分子，O=O 表示氧分子，N≡N 表示氮分子。(openstax.org)
八隅体规则描述了一种常见规律：按成键后的价层电子计数，主族原子通常具有八个电子。氢原子则通常具有两个电子。这条规则并非普遍适用：缺电子化合物、含奇数电子的物种，以及通常画成扩展价层的结构，都属于需要例外处理的情况。路易斯图式记录的是电子分配和原子连接关系，而不是完整的电子分布。(openstax.org)
有时，同一种原子排列可以用几种电子位置不同的路易斯结构来描述。共振表示的就是这种情况；实际结构并不是分子在这些图示之间反复切换。电子离域可使等价键具有介于常规单键与双键之间的性质。因此，将每对成键原子之间的键都描述为一对局域电子，并不总是充分的。(openstax.org)
单键与多重键
在通常的轨道描述中，σ 键的电子密度围绕核间轴分布。π 键由轨道的侧向重叠形成，并具有一个包含核间轴的节面。普通单键是 σ 键，双键包含一个 σ 成分和一个 π 成分，三键则包含一个 σ 成分和两个 π 成分。(openstax.org)
键级表示净成键程度。在基础路易斯表示法中，单键、双键和三键的键级分别为一、二和三。在简单的分子轨道计算中，键级等于成键电子数与反键电子数之差的一半。键级也可以是分数。对于相同元素之间可相互比较的键，键级越高，通常键越短、越强，但分子环境也会产生影响。(openstax.org)
极性与离子性
电子共享不一定是均等的。电负性衡量原子吸引成键电子密度的倾向。在孤立的同核双原子分子中，两个相同原子对称地共享电子密度。不同原子之间则常形成极性共价键：电负性较大的原子带有部分负电荷 δ−，另一个原子带有部分正电荷 δ+。这些是部分电荷，不一定是离子键模型中所用的整数电荷。(openstax.org)
共价键和离子键的描述是两种极限模型，许多化学键同时具有二者的特征。电负性差可提供有用的判断依据，却不能给出普遍适用的明确分界。键的极性也不同于分子的极性：直线形二氧化碳分子中的极性键因对称性而使偶极矩相互抵消，而水分子的折线形结构则使其具有非零的分子净偶极矩。(openstax.org)
键能与宏观性质
平衡键长位于相应势能曲线的最低点附近。键解离能衡量将某一特定化学键断裂、生成指定碎片所需的能量；表列的键焓通常描述气相中的均裂过程。由于邻近原子会影响键的强度，平均值与特定分子中的数值有所不同。断键需要吸收能量，成键则释放能量；两者的收支有助于估算化学反应的焓变。(openstax.org)
共价键强并不一定意味着熔点高。分子固体由独立的分子组成，分子之间通过氢键和范德华力等相互作用结合。熔化可以破坏这些相互作用，而不破坏分子内部的共价骨架。网络固体则具有延展的共价结构：金刚石具有三维网络，而石墨由内部键合很强、层间吸引较弱的片层组成。它们在硬度和电学性质上的差异表明，宏观性质取决于成键的拓扑结构和电子离域，而不能仅凭“共价”这一标签来判断。(openstax.org)