Eine chemische Verbindung ist eine Art Molekül (Ansammlung gebundener Atome), das aus mehr als einem Element besteht. Zum Beispiel ist Wasser (H2O) eine Verbindung, während zweiatomiger Wasserstoff (H2) es nicht ist. Die meisten Atome, aus denen die Erdkruste und lebende Organismen bestehen, liegen in zusammengesetzter Form vor. Verbindungen werden durch molekulare Formeln dargestellt, die die konstituierenden Atome und ihre Häufigkeit auflisten.
Abhängig von den Atomen kann eine Verbindung durch unterschiedliche chemische Bindungen zusammengehalten werden. Bindungen werden durch die Wechselwirkungen atomarer Elektronenschalen in verschiedenen Orbitalkonfigurationen gebildet. Abhängig von der Anzahl der Elektronen, die den Atomkern umkreisen, und dem Platz in den Orbitalen neigen bestimmte Atome dazu, sich mit bestimmten anderen Atomarten zu verbinden. Lewis Dots, ein grafisches System zur Darstellung von Verbindungstypen, benannt nach dem Chemiker Gilbert Lewis, wird oft im Chemieunterricht der High School gelehrt. Über die Existenz chemischer Bindungen wird seit mindestens dem 12.
Wenn ein Atom eine „volle“ Elektronenhülle besitzt, ist es sehr unreaktiv und neigt dazu, sich nicht an andere Atome zu binden. Diese Elemente befinden sich ganz rechts im Periodensystem und werden als Edelgase bezeichnet. Beispiele umfassen Helium, Neon und Argon.
In chemischen Verbindungen ist die häufigste Bindungsart eine kovalente Bindung, bei der beide konstituierenden Atome eine ähnliche Elektronegativität aufweisen, was zu einer gleichmäßigen Elektronenverteilung führt. Elektronenorbitale überlappen, und ein einzelnes Elektron kann beide Atomkerne umkreisen, die keinem ausschließlich angehören. Ein Beispiel für ein Molekül, das durch kovalente Bindungen zusammengehalten wird, ist Diamant. Ein zweiter Bindungstyp, die Ionenbindung, tritt in Atomen mit signifikanten Unterschieden in der Elektronegativität auf, wobei dieses eine Atom die Elektronenversorgung dominiert. Diese sind tendenziell etwas schwächer als kovalente Bindungen. Ein Beispiel ist Natriumchlorid oder Salz.
Es gibt noch andere Bindungsarten: metallische Bindungen, Van-der-Waals-Kräfte und einige andere. Zusammen bilden diese alle chemischen Verbindungen im Universum.