Vsi atomi so sestavljeni iz pozitivno napolnjenega jedra, obdanega z negativno nabitimi elektroni. Najbolj oddaljeni elektroni - valenčni elektroni - so sposobni interakcije z drugimi atomi in, odvisno od tega, kako ti elektroni medsebojno delujejo z drugimi atomi, nastane bodisi ionska bodisi kovalentna vez, atomi pa se zlijejo in tvorijo molekula.
Elektronske lupine
Vsak element je obkrožen z določenim številom elektronov, ki naseljujejo elektronske orbitale. Vsaka orbitala zahteva, da sta dva elektrona stabilna, orbitale pa so organizirane v lupine, pri čemer ima vsaka naslednja lupina višjo energijsko raven kot prejšnja. Najnižja lupina vsebuje samo en elektronski orbital, 1S, in zato potrebujeta le dva elektrona, da sta stabilna. Druga lupina (in vse tiste, ki sledijo) vsebuje štiri orbitale - 2S, 2Px, 2Py in 2Pz (en P za vsako os: x, y, z) - in zahteva, da je osem elektronov stabilno.
Če se spustimo po vrsticah Periodnega sistema elementov, okoli vsakega elementa obstaja nova lupina s 4 elektronskimi orbitalami z enako nastavitvijo kot druga lupina. Na primer, vodik v prvi vrstici ima samo prvo lupino z eno orbitalo (1S), medtem ko ima klor v tretji vrstici prva lupina (1S orbitala), druga lupina (2S, 2Px, 2Py, 2Pz orbitale) in tretja lupina (3S, 3Px, 3Py, 3Px orbitale).
Opomba: Številka pred vsako orbitalo S in P je znak lupine, v kateri je ta orbitala, ne količine.
Valentni elektroni
Elektroni v zunanji lupini katerega koli elementa so njegovi valentni elektroni. Ker vsi elementi želijo imeti polno zunanjo lupino (osem elektronov), so to elektroni je pripravljen bodisi deliti z drugimi elementi, da tvorijo molekule, bodisi se popolnoma odreči, da bi postal ion. Ko si elementi delijo elektrone, nastane močna kovalentna vez. Ko element odda zunanji elektron, ima za posledico nasprotno nabite ione, ki jih drži šibkejša ionska vez.
Jonske vezi
Vsi elementi se začnejo z uravnoteženim nabojem. To pomeni, da je število pozitivno nabitih protonov enako številu negativno nabitih elektronov, kar ima za posledico splošni nevtralni naboj. Vendar se bo včasih element z enim elektronom v elektronski lupini odpovedal temu elektronu drugemu elementu, ki potrebuje le en elektron za dokončanje lupine.
Ko se to zgodi, se prvotni element spusti na polno lupino, drugi elektron pa zaključi zgornjo lupino; oba elementa sta zdaj stabilna. Ker pa število elektronov in protonov v vsakem elementu ni več enako, element, ki prejel elektron ima zdaj neto negativni naboj, element, ki se je odpovedal elektronu, pa neto pozitiven napolniti. Nasprotni naboji povzročajo elektrostatično privlačnost, ki ione tesno potegne v kristalno tvorbo. To se imenuje ionska vez.
Primer tega je, ko se atom natrija odpove svojemu edinemu elektronu 3S, da zapolni zadnjo lupino atoma klora, ki potrebuje le še en elektron, da postane stabilen. Tako nastanejo ioni Na- in Cl +, ki se med seboj vežejo in tvorijo NaCl ali običajno kuhinjsko sol.
Kovalentne obveznice
Namesto da bi oddajali ali sprejemali elektrone, si lahko dva (ali več) atoma delita elektronske pare, da napolnita svoje zunanje lupine. To tvori kovalentno vez in atomi se zlijejo v molekulo.
Primer tega je, ko dva atoma kisika (šest valentnih elektronov) naletita na ogljik (štirje valentni elektroni). Ker želi imeti vsak atom v svoji zunanji lupini osem elektronov, si ogljikov atom deli dva svoja valenčna elektrona vsak atom kisika, ki zaključi svoje lupine, medtem ko si vsak atom kisika deli dva elektrona z atomom ogljika, da dokonča svoje lupino. Nastala molekula je ogljikov dioksid ali CO2.