Ковале́нтная связь, химическая связь, образующаяся в результате обобществления пары валентных электронов соседними атомами. Электроны, участвующие в образовании связи, называют общей электронной парой. Характерными свойствами ковалентной связи являются: насыщаемость, энергия связи, длина связи, полярность связи, кратность связи, направленность связи и др.

Ковалентная связь образуется из-за электростатического притяжения ядер двух атомов к одним и тем же электронам. При этом суммарная энергия атомов в связанном состоянии должна быть меньше, чем суммарная энергия атомов по отдельности, причём разница между этими энергиями и есть энергия связи. Для многих молекул объединение электронов позволяет каждому атому заполнить валентную оболочку, соответствующую стабильной электронной конфигурации.

Ковалентная связь может быть образована по обменному или по донорно-акцепторному механизму. В первом случае связь образуется за счёт предоставления по одному электрону от каждого атома или радикала. В случае донорно-акцепторного механизма образование связи происходит за счёт предоставления одним атомом (донором) двух электронов и принятия их другим атомом (акцептором).

Существуют различные виды ковалентной связи: σ-связь (сигма-связь), π-связь (пи-связь), металлическая связь, изогнутая связь, двухэлектронная трёхцентровая связь, трёхэлектронная четырёхцентровая связь и др. По природе атомов, участвующих в образовании связи, ковалентную связь делят на полярную и неполярную. Неполярная связь образуется при соединении атомов с одинаковой электроотрицательностью, вследствие чего общая электронная пара располагается симметрично относительно двух атомов (H₂, N₂, Cl₂ и др.). При соединении атомов с различной электроотрицательностью образуется полярная связь, и электронное облако смещается относительно центра к одному из атомов (HCl, H₂O, CH₄ и др.).

Для описания ковалентной связи были предложены две теории, основанные на квантово-механических расчётах, – теория валентных связей и теория молекулярных орбиталей. Согласно первой теории, связь образуют два электрона, обладающие противоположными спинами, – происходит перекрывание электронных облаков (точнее волновых функций), и возникает зона с повышенной электронной плотностью, которая и обусловливает связь. При этом атомы в значительной мере сохраняют свою электронную конфигурацию. Центральное место в теории валентных связей занимает концепция гибридизации орбиталей. Согласно данной концепции, орбитали различных атомов смешиваются, при этом происходят изменение формы орбитали и выравнивание энергии различных связей в одной молекуле.

Недостатком теории валентных связей является то, что она не может объяснить существование одноэлектронных химических связей, многоцентровых химических связей и т. д. Например, по теории валентных связей, при соединении двух атомов кислорода в молекулу O₂ образуются две электронные пары, и неспаренных электронов в O₂ быть не должно. При этом жидкий O₂ обладает парамагнитными свойствами, что говорит о наличии неспаренных электронов. Объяснение этому и другим явлениям, не укладывающимся в рамки теории валентных связей, даётся с помощью теории молекулярных орбиталей.

В теории молекулярных орбиталей рассматриваются не отдельные атомы, а молекула в целом. По аналогии с атомами молекулы обладают дискретными энергетическими уровнями (молекулярными орбиталями), на которых находятся электроны после образования связи. Причём на молекулярной орбитали могут находиться только два электрона с противоположными спинами. Выделяют три типа молекулярных орбиталей: связывающая, разрыхляющая и несвязывающая. Нахождение электронов на связывающей орбитали способствует упрочнению связи, а на разрыхляющей – наоборот, дестабилизации связи. Если количество электронов на связывающих орбиталях больше количества электронов на разрыхляющих, то молекула является стабильной. Электроны на несвязывающей орбитали в образовании связи не участвуют.

Теория валентных связей и теория молекулярных орбиталей считаются взаимодополняемыми, каждая из них дает своё собственное понимание различных проблем (энергии связи, механизма образования, энергии ионизации, положения полос поглощения на спектрах и т. д.) химической связи.