Los electrones de valencia son aquellos electrones en la capa exterior de un átomo dado, cuyo número determina cómo los átomos interactúan entre sí. Se dice que un átomo tiene una capa cerrada cuando tiene suficientes electrones de valencia para que sea estable; cuando no hay suficientes, se dice que tiene una cáscara abierta. Un átomo con una capa abierta intenta constantemente alcanzar la estabilidad, formando una de las bases de muchas reacciones químicas.
Un átomo es reactivo o inerte dependiendo de cuántos electrones de valencia tenga. Los átomos más reactivos son los que tienen uno o dos que perder o los que tienen uno o dos que ganar para mantener la estabilidad. Por esta razón, los gases nobles, todos los cuales tienen una capa exterior cerrada en la naturaleza, son químicamente inertes. En general, se necesitan ocho electrones para que un átomo alcance la estabilidad. Dos excepciones notables son el hidrógeno y el helio, los cuales necesitan dos para hacer una capa cerrada.
La afinidad de los átomos para lograr la estabilidad ganando o perdiendo electrones de valencia proporciona una base para dos tipos de enlaces químicos: el enlace iónico y el enlace covalente. Los enlaces iónicos se forman cuando un átomo «roba» un electrón a otro. La sal de mesa (NaCl) es un ejemplo de esto. El sodio (Na) tiene un electrón que ceder. El cloro (Cl), por otro lado, necesita uno para estar completo.
Para alcanzar la estabilidad, el cloro tomará un electrón del sodio. Esto permite que ambos elementos logren una carcasa cerrada y estabilidad. El resultado de esto es que el átomo de sodio se convierte en un ión positivo y el átomo de cloro se convierte en un ión negativo. Entonces, las cargas opuestas se atraerán entre sí. Cuando están en una solución, estas moléculas también conducen electricidad, ya que los iones pueden moverse libremente en la solución.
El agua es un ejemplo de átomos que forman un enlace covalente. El hidrógeno tiene un átomo para ganar o perder y el oxígeno necesita dos para lograr la estabilidad. En esta aplicación, sin embargo, el oxígeno no roba los electrones de los dos átomos de hidrógeno. Más bien, el oxígeno y los dos átomos de hidrógeno comparten los electrones, formando una molécula de agua. Los átomos también pueden usar enlaces covalentes para compartir electrones con átomos del mismo elemento, como en una molécula de hidrógeno (H2).