原子与原子结合可以形成分子，无数个分子聚集在一起则构筑了宏观的物质。那么原子是靠什么力连接的呢？这就是化学键（chemical bond）。化学键是指分子中原子之间存在的一种吸引的、把原子结合成分子的强烈的相互作用。例如，两个氢原子和一个氧原子通过化学键结合成水分子。这里，“强烈的”是指化学键的键能很大，即打开这两个原子之间的键需要较大的能量。
　　化学键有三种极限类型：离子键、共价键和金属键。离子键是由正负电荷之间的静电吸引作用形成的，例如氯和钠通过离子键结合成氯化钠（即食盐）分子。共价键是由两个或两个以上的原子通过共有若干电子构成的，共有的电子通常是成双的，典型的共价键是由两个原子借吸引一对电子而形成，例如两个氢核同时吸引一对电子而形成稳定的氢分子，共价键具有方向性和饱和性。金属键则是使金属结合在一起的相互作用，是由金属的自由电子和金属原子及离子组成的结晶格子之间的相互作用构成的，可以看成是高度离域的共价键。
　　定位于两个原子之间的化学键称为定域键，由多个原子共用电子形成的多中心化学键称为离域键。除此之外，还有过渡类型的化学键：键电子偏向一边的极性共价键，由一方提供电子的配位键。离子键和非极性键上极性键的两个极端，定域键和金属键是离子键的两个极端。
　　化学键的概念是在总结长期实践经验的基础上建立和发展起来的，用以说明原子为何以一定比例结合成具有确定几何形状、相对稳定和相对独立、性质与其组成原子完全不同的分子。
　　需要指出的是，通常所称的“氢键”从严格意义上来说并不能称为化学键。氢键的键能不够大，界于化学键和分子间力之间。一般认为氢键是一种有方向性和饱和性的范德华引力（一种分子间的物理吸引作用）。