Molekyyli on varaukseton atomien yhteenliittymä. Kahdesta vetyatomista rakentuva vetymolekyyli, H₂, koostuu kahdesta ytimestä ja kahdesta elektronista. Elektronit pysyttelevät suureksi osaksi ydinten välisessä alueessa, sillä näin kumpikin positiivinen ydin kokee kummankin negatiivisen elektronin aiheuttaman sähköisen vetovoiman. Ytimet pysyvät kuitenkin jonkin matkan päässä elektroneista, jottei ydinten toisiinsa kohdistama poistovoima kasva liian suureksi.

Yhteisen elektroniparin synnyttämää suotuisaa vuorovaikutusta sanotaan kovalenttiseksi sidokseksi. Kovalenttiset sidokset ovat vahvoja sidoksia, ja ne pitävät molekyylin koossa. Kaksi atomia voi jakaa paitsi elektroniparin myös neljä tai kuusi elektronia. Kahden elektronin muodostama sidos on yksinkertainen kovalenttinen sidos. Neljän elektronin sidos on nimeltään kaksoissidos, ja kuuden elektronin sidosta sanotaan kolmoissidokseksi.

Elektroniparia voidaan merkitä kaksoispisteellä tai viivalla, joten vetymolekyylin rakenne kirjoitetaan kemian merkkikielellä joko H:H tai H–H. Tavallisesti viivaa käytetään kovalenttisen sidoksen merkkinä ja kaksoispisteellä merkitään sidokseen kuulumatonta eli vapaata elektroniparia. Kaksoissidosta merkitään kahdella päällekkäisellä viivalla, kolmoissidosta kolmella viivalla.

Samanlaisista molekyyleistä koostuvaa ainetta sanotaan yhdisteeksi. Vetykaasu on tämän määritelmän mukaan H₂-molekyyleistä koostuva yhdiste. Toisaalta se on myös alkuainetta, koska sen kaikilla atomeilla on sama järjestysluku. Kun vety palaa eli vedyn H₂-molekyylit reagoivat hapen O₂-molekyylien kanssa, syntyy vettä. Vesi koostuu H₂O-molekyyleistä, eli se on kahta alkuainetta sisältävä yhdiste. Vaihtoehtoisen määritelmän mukaan yhdisteitä ovat vain tällaiset vähintään kahdesta alkuaineesta koostuvat aineet.