Kovalentie savienojumi ir vielas, kas veidojas, diviem vai vairākiem dažādiem elementiem savienojoties ar kovalentu saiti. Kovalentā saite veidojas, kad diviem nemetālu atomiem ir kopīgs elektrons. Atomi savienojas kopā, mēģinot kļūt stabilāki. Kopumā atomi ir stabilāki, ja tiem ir tāds pats elektronu daudzums kā tuvākajā cēlgāzē, un tas parasti nozīmē, ka to ārējā apvalkā ir astoņi elektroni. Jonu saitēs to panāk atoms ar spēcīgāku elektronegativitāti — atoma pievilkšanas apjoms pret elektroniem —, nozog elektronus no tiem, kam ir mazāka elektronegativitāte. Kovalentiem savienojumiem neviens atoms nav pietiekami spēcīgs, lai nozagtu elektronus, un tāpēc tie tos dala.
Ir divu veidu kovalentās saites, kas var veidot kovalentos savienojumus: polārās saites un nepolārās saites. Polārās saites parasti sastāv no dažādiem atomiem, kas nevienlīdzīgi sadala elektronus. Bieži vien tas ir rezultāts tam, ka spēcīgāks elektronnegatīvs atoms pievelk elektronus tuvāk nekā vājāks atoms. Tā kā elektrons pavada lielāko daļu sava laika tuvāk vienam atomam nekā otram, rezultāts ir kovalents savienojums, kam ir daļēji negatīvs gals un daļēji pozitīvs gals.
Nepolārās kovalentās saites parasti veido divi atomi, kas vienādi sadala elektronus. Izmantojot šāda veida saites, elektroni pavada vienādu laiku ar katru atomu, tāpēc nav polāru galu. Lielisks polārās molekulas piemērs ir ūdens, kura ķīmiskā formula ir H2O. Šajā gadījumā skābekļa atoms piesaista elektronus vairāk nekā divi ūdeņraža atomi, kā rezultātā veidojas kovalentais savienojums, kas ir daļēji negatīvs skābekļa galā un daļēji pozitīvs ūdeņraža galā. Nepolāras molekulas piemērs ir metāna molekula (CH4), kurā visi atomi dala savus elektronus vienādi.
Kopumā kovalentiem savienojumiem ir zema kušanas un viršanas temperatūra salīdzinājumā ar jonu savienojumiem. Turklāt viela, kas izgatavota no kovalentiem savienojumiem, mēdz nebūt tik cieta kā viela, kas izgatavota no jonu savienojumiem. Šīs īpašības ir saistītas ar to, ka molekulas var atdalīt. Lai gan atomi, kas veido molekulas kovalentā savienojumā, ir cieši saistīti, atsevišķas molekulas, kas satur vielu, var maz turēt viena otru. Piemēram, cilvēkam var būt grūti atdalīt ūdeņradi un skābekli ūdens molekulā, bet vārot ūdeni — atdalīt molekulas tā, lai ūdens no šķidruma pārvēršas gāzē — ir vieglāks uzdevums.
Citas vairuma kovalento savienojumu īpašības ir to nespēja šķīst ūdenī un nespēja vadīt elektrību ūdenī. Visbeidzot, kovalentie savienojumi mēdz būt uzliesmojoši, salīdzinot ar jonu savienojumiem. Šī uzliesmojamība rodas tāpēc, ka daudzas kovalentās saites parasti sastāv no oglekļa un ūdeņraža. Ūdeņradis un ogleklis var sadegt siltuma un skābekļa klātbūtnē, veidojot oglekļa dioksīdu un ūdeni reakcijā, ko sauc par sadegšanu. Tāpat kā visām šīm īpašībām, noteikumam ir izņēmumi, piemēram, kovalentās saites, kuru sastāvā nav oglekļa vai ūdeņraža, nemēdz degt.