Квантовая трактовка периодической системы позволила понять природу химических связей. Простейшей связью является ионная (гетерополярная, т. е. характерная для частиц с противоположной полярностью). Она образуется при объединении в молекулу двух (или нескольких, но мы ограничимся только двухатомными молекулами) атомов, у которых общее число электронов во внешнем слое равно восьми (например, NaCl). При этом один из атомов отдает свой электрон (в нашем примере Na) и превращается в положительный ион. Другой атом, приобретя электрон, становится отрицательным ионом. Их электрическое взаимодействие и позволяет образоваться устойчивой молекуле.
Но двухатомные молекулы из одинаковых атомов, например молекула водорода Н2, конечно, не могут иметь ионных связей. Здесь причина объединения атомов в молекулу иная. Так, в случае водорода при сближении двух атомов с антипараллельными спинами могут возникнуть силы притяжения, в результате чего атомы объединятся в молекулу с общим электронным облаком. Оно в данном случае должно быть симметрично, так что молекула Н2 не будет обладать магнитным моментом, что подтверждается опытом. Подобное объединение возможно и для разнородных атомов. В этих случаях магнитный момент может быть отличен от нуля. Такие связи называют ковалентными (или гомеополярными). Ковалентная связь может быть рассчитана только методами квантовой механики. Следует, впрочем, отметить, что резкой границы между обоими видами связи не существует, так как при объединении двух разнородных атомов проявляются и электростатические силы взаимодействия между ними.