Οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι χημικοί δεσμοί μεταξύ δύο μη μεταλλικών ατόμων. Ένα παράδειγμα είναι το νερό, όπου το υδρογόνο (Η) και το οξυγόνο (Ο) συνδέονται μεταξύ τους για να δημιουργήσουν το (Η2Ο). Ένα πλήρες εξωτερικό κέλυφος έχει συνήθως οκτώ ηλεκτρόνια, ή δύο στην περίπτωση του υδρογόνου ή του ηλίου. Τα ηλεκτρόνια σθένους είναι τα ηλεκτρόνια που κρατούνται συγκριτικά χαλαρά στο εξωτερικό κέλυφος του ατόμου. Η δομή των ηλεκτρονιακών κελυφών καθορίζεται από την κβαντομηχανική).
Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε ένα άτομο καθορίζεται από τον αριθμό των πρωτονίων στο άτομο. Τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από τους ατομικούς πυρήνες και είναι σαν ασαφείς τροχιές γύρω από έναν ατομικό πυρήνα. Το πρώτο στρώμα έχει έως και δύο ηλεκτρόνια. Οι επόμενες στοιβάδες περιέχουν συνήθως έως και οκτώ. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί σχηματίζονται από άτομα που μοιράζονται ηλεκτρόνια σθένους.
Αν, για παράδειγμα, ένα άτομο είχε εννέα ηλεκτρόνια, τα δύο πρώτα θα περιφέρονταν σε τροχιά πολύ κοντά στον πυρήνα, ενώ τα επόμενα επτά θα περιφέρονταν λίγο πιο μακριά. Τα επτά εξωτερικά ηλεκτρόνια είναι λιγότερο σφιχτά συγκρατημένα από τα δύο εσωτερικά ηλεκτρόνια, επειδή βρίσκονται πιο μακριά από τον θετικά φορτισμένο πυρήνα. Εάν αυτό το άτομο πλησιάσει ένα άλλο άτομο, με ένα χαλαρά συγκρατημένο ηλεκτρόνιο στο εξωτερικό του κέλυφος, ένα νέο τροχιακό θα γίνει διαθέσιμο για το χαλαρά συγκρατημένο ηλεκτρόνιο. Αυτό το νέο τροχιακό του ηλεκτρονίου συνδέεται και με τους δύο ατομικούς πυρήνες και έχει χαμηλότερο ενεργειακό επίπεδο από το αρχικό τροχιακό του ηλεκτρονίου. Το ηλεκτρόνιο μπορεί αυθόρμητα να μεταπηδήσει σε αυτό και να εκπέμψει ένα φωτόνιο με την πλεονάζουσα ενέργεια. Τώρα έχουμε ένα ηλεκτρόνιο σε τροχιά γύρω και από τα δύο άτομα με αποτέλεσμα το άτομο που παρείχε το ηλεκτρόνιο να έχει ένα μικρό καθαρό θετικό φορτίο και το άλλο άτομο να έχει ένα μικρό καθαρό αρνητικό φορτίο. Τα δύο άτομα συγκρατούνται τώρα από την ηλεκτρομαγνητική δύναμη έλξης μεταξύ θετικών και αρνητικών φορτίων. Αυτό ονομάζεται ομοιοπολικός δεσμός. Για να σπάσει αυτός ο δεσμός χρειάζεται η ίδια ποσότητα ενέργειας που απελευθερώθηκε κατά το σχηματισμό του.
Ένα μόριο νερού αποτελείται από ένα άτομο οξυγόνου και δύο άτομα υδρογόνου που συγκρατούνται μεταξύ τους με ομοιοπολικό δεσμό. Στην περίπτωση αυτή το άτομο οξυγόνου μοιράζεται ένα ηλεκτρόνιο με κάθε άτομο υδρογόνου. Αυτό σημαίνει ότι τα άτομα οξυγόνου έχουν ένα μικρό καθαρό θετικό φορτίο και τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα μικρό καθαρό αρνητικό φορτίο. Ως αποτέλεσμα, τα άτομα οξυγόνου και υδρογόνου έλκονται μεταξύ τους λόγω της ηλεκτρομαγνητικής δύναμης. Εξαιτίας αυτού το μόριο του νερού είναι ένα πολικό μόριο: το φορτίο του δεν είναι ομοιόμορφα κατανεμημένο.
