Svi atomi se sastoje od pozitivno nabijene jezgre okružene negativno nabijenim elektronima. Najudaljeniji elektroni - valentni - mogu komunicirati s drugim atomima i, ovisno o tome kako oni elektroni stupaju u interakciju s drugim atomima, stvara se ili ionska ili kovalentna veza, a atomi se stapaju i tvore molekula.
Elektronske ljuske
Svaki je element okružen određenim brojem elektrona koji naseljavaju elektronske orbitale. Svaka orbitala zahtijeva dva elektrona da bi bila stabilna, a orbitale su organizirane u ljuske, pri čemu je svaka uzastopna ljuska više energetske razine od prethodne. Najniža ljuska sadrži samo jedan elektronski orbital, 1S, i, prema tome, potrebna su samo dva elektrona da bi bila stabilna. Druga ljuska (i sve one koje slijede) sadrži četiri orbitale - 2S, 2Px, 2Py i 2Pz (po jedan P za svaku os: x, y, z) - i treba osam elektrona da bi bili stabilni.
Silazeći niz redove Periodnog sustava elemenata, oko svakog elementa postoji nova ljuska od 4 elektronske orbitale, s istim postavkama kao i druga ljuska. Na primjer, vodik u prvom redu ima samo prvu ljusku s jednom orbitalom (1S), dok klor u trećem redu ima prva ljuska (1S orbitala), druga ljuska (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitale) i treća ljuska (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitale).
Napomena: Broj ispred svake S i P orbitale pokazatelj je ljuske u kojoj ta orbitala boravi, a ne količine.
Valentni elektroni
Elektroni u vanjskoj ovojnici bilo kojeg elementa su njegovi valentni elektroni. Budući da svi elementi žele imati punu vanjsku ljusku (osam elektrona), to su elektroni spreman je ili dijeliti s drugim elementima kako bi oblikovali molekule ili u potpunosti odustati da bi postao ion. Kad elementi dijele elektrone, stvara se jaka kovalentna veza. Kada element odaje vanjski elektron, to rezultira suprotno nabijenim ionima koji se drže zajedno slabijom ionskom vezom.
Jonske veze
Svi elementi počinju s uravnoteženim nabojem. To jest, broj pozitivno nabijenih protona jednak je broju negativno nabijenih elektrona, što rezultira ukupnim neutralnim nabojem. Međutim, ponekad će element sa samo jednim elektronom u elektronskoj ljusci predati taj elektron drugom elementu koji treba samo jedan elektron da dovrši ljusku.
Kad se to dogodi, izvorni element pada do pune ljuske, a drugi elektron dovršava gornju ljusku; oba su elementa sada stabilna. Međutim, budući da broj elektrona i protona u svakom elementu više nije jednak, element koji primio elektron sada ima neto negativni naboj, a element koji se odrekao elektrona ima neto pozitivan naboj naplatiti. Suprotstavljeni naboji uzrokuju elektrostatičku privlačnost koja ione čvrsto skuplja u kristalnu formaciju. To se naziva ionskom vezom.
Primjer za to je kada se atom natrija odrekne svog jedinog 3S elektrona da bi ispunio posljednju ljusku atoma klora, kojem treba samo još jedan elektron da postane stabilan. To stvara ione Na- i Cl +, koji se međusobno povezuju i tvore NaCl ili uobičajenu kuhinjsku sol.
Kovalentne veze
Umjesto da odaju ili prime elektrone, dva (ili više) atoma mogu također dijeliti elektronske parove kako bi ispunili svoje vanjske ljuske. To tvori kovalentnu vezu, a atomi se stapaju u molekulu.
Primjer za to je kada dva atoma kisika (šest valentnih elektrona) naiđu na ugljik (četiri valentna elektrona). Budući da svaki atom želi imati osam elektrona u vanjskoj ovojnici, atom ugljika dijeli dva svoja valentna elektrona svaki atom kisika, dovršavajući svoje ljuske, dok svaki atom kisika dijeli dva elektrona s atomom ugljika kako bi dovršio svoj ljuska. Rezultirajuća molekula je ugljični dioksid ili CO2.