Μια χημική ένωση είναι ένας τύπος μορίου (συλλογή συνδεδεμένων ατόμων) που αποτελείται από περισσότερα από ένα στοιχεία. Για παράδειγμα, το νερό (H2O) είναι μια ένωση, ενώ το διατομικό υδρογόνο (H2) δεν είναι. Τα περισσότερα από τα άτομα που αποτελούν τον φλοιό της Γης και τους ζωντανούς οργανισμούς είναι σε σύνθετη μορφή. Οι ενώσεις αντιπροσωπεύονται από μοριακούς τύπους που απαριθμούν τα συστατικά άτομα και την αφθονία τους.
Ανάλογα με τα άτομα, μια ένωση μπορεί να συγκρατείται μαζί με διαφορετικούς χημικούς δεσμούς. Οι δεσμοί σχηματίζονται μέσω των αλληλεπιδράσεων ατομικών κελυφών ηλεκτρονίων σε διάφορες τροχιακές διαμορφώσεις. Ανάλογα με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περιστρέφονται γύρω από τον πυρήνα του ατόμου και την ποσότητα του χώρου στα τροχιακά, ορισμένα άτομα είναι επιρρεπή σε δεσμούς με ορισμένους άλλους τύπους ατόμων. Τα σημεία Lewis, ένα γραφικό σύστημα αναπαράστασης τύπων σύνθετων δεσμών, που πήρε το όνομά του από τον χημικό Gilbert Lewis, διδάσκεται συχνά στα μαθήματα χημείας του Λυκείου. Η ύπαρξη χημικών δεσμών εικάζεται τουλάχιστον από τον 12ο αιώνα, αν και ολόκληρο το πεδίο ήταν ελάχιστα κατανοητό έως ότου η έννοια των δεσμών ηλεκτρονίων εισήχθη από τον Lewis το 1916.
Όταν ένα άτομο διαθέτει ένα «γεμάτο» ηλεκτρονιακό κέλυφος, είναι πολύ μη αντιδραστικό και τείνει να μην συνδέεται με άλλα άτομα. Αυτά τα στοιχεία βρίσκονται στη δεξιά άκρη του Περιοδικού Πίνακα και ονομάζονται ευγενή αέρια. Παραδείγματα περιλαμβάνουν ήλιο, νέον και αργό.
Στις χημικές ενώσεις, ο πιο κοινός τύπος δεσμού είναι ο ομοιοπολικός δεσμός, όπου και τα δύο συστατικά άτομα έχουν παρόμοια ηλεκτραρνητικότητα, με αποτέλεσμα την ομοιόμορφη κατανομή των ηλεκτρονίων. Τα τροχιακά ηλεκτρονίων επικαλύπτονται και ένα μόνο ηλεκτρόνιο μπορεί να περιστρέφεται γύρω από τους δύο ατομικούς πυρήνες, χωρίς να ανήκει αποκλειστικά σε κανέναν. Ένα παράδειγμα μορίου που συγκρατείται μεταξύ τους με ομοιοπολικούς δεσμούς είναι το διαμάντι. Ένας δεύτερος τύπος δεσμού, ο ιονικός δεσμός, εμφανίζεται σε άτομα με σημαντικές διαφορές στην ηλεκτραρνητικότητα, όπου αυτό το ένα άτομο κυριαρχεί στην παροχή ηλεκτρονίων. Αυτοί τείνουν να είναι ελαφρώς πιο αδύναμοι από τους ομοιοπολικούς δεσμούς. Ένα παράδειγμα είναι το χλωριούχο νάτριο ή το αλάτι.
Υπάρχουν και άλλοι τύποι δεσμών: μεταλλικοί δεσμοί, δυνάμεις van der Waals και αρκετοί άλλοι. Μαζί, αυτά αποτελούν όλες τις χημικές ενώσεις στο σύμπαν.