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각 결합은 스핀(spin)이 반대방향으로 짝지워진 2개의 전자를 갖고 있기 때문에 전자쌍결합이라고도 한다.

수소(H₂)·질소(N₂)·염소(Cl₂)·물(H₂O)·암모니아(NH₃) 같은 무기물과 모든 유기화합물은 공유결합을 하고 있다. 분자를 구조적으로 나타낼 때 공유결합은 원자쌍을 잇는 직선으로 표시한다. 이때 1줄은 두 원자 사이의 단일결합(즉 1개의 전자쌍을 가짐)을, 2줄은 두 원자 사이의 이중결합(즉 2개의 전자쌍을 가짐)을 뜻한다.

두 전자가 두 원자핵에 동시에 끌리기 때문에(두 원자가 두 전자를 공유한다고 표현되는 과정) 두 원자 사이가 연결된다는 생각은 1916년 미국 화학자 G. N. 루이스가 처음으로 주장했다.

그는 어떤 원자가 다른 원자와 짝을 이루어, 둘 다 비활성기체(非活性氣體) 원자와 같은 전자구조를 가지려는 경향 때문에 공유결합이 생긴다고 설명했다. 공유전자쌍 결합에 대한 루이스의 가설은 1927년 물리학자 발터 하이틀러와 프리츠 론던 그리고 그뒤 여러 과학자들에 의하여 완성되었다. 그들은 양자역학적 공식으로 수소분자의 결합특성(결합에너지와 결합길이)에 대한 정확한 값을 계산할 수 있었다.

1개의 전자쌍과 세 원자핵이 상호작용하면 소위 삼중심 공유결합이 형성되는데, 이러한 결합은 붕소원소나 수소화붕소(보란)족(族)을 포함하여 붕소 원자가 주축으로 이루어지는 분자나 이온에서 일반적으로 나타난다. 1946년 미국 화학자 윌리엄 N. 립스콤이 처음으로 이 문제에 대한 연구를 시작했다.→ 화학결합