Liên kết cộng hóa trị, còn gọi là liên kết phân tử là một liên kết hóa học được hình thành bằng việc dùng chung một hay nhiều cặp electron giữa các nguyên tử. Những cặp electron này được gọi là cặp electron dùng chung, và sự cân bằng lực hút và lực đẩy giữa các nguyên tử trong khi chia sẻ các electron được gọi là liên kết cộng hóa trị.[1][cần nguồn tốt hơn] Với nhiều phân tử, việc dùng chung electron cho phép mỗi nguyên tử đạt được cấu hình electron bền vững.
Liên kết cộng hóa trị bao gồm nhiều loại liên kết, trong đó có liên kết σ, liên kết π, liên kết kim loại, liên kết agostic, liên kết cong, liên kết tam nhị.[2][3] Thuật ngữ liên kết cộng hóa trị bắt đầu được sử dụng vào năm 1939.[4] Tiền tố co- nghĩa là cùng nhau, liên kết trong hành động, ….; do vậy, bản chất của một "liên kết hóa trị" là các nguyên tử chia sẻ “hóa trị”, như đã từng được thảo luận trong thuyết liên kết hóa trị.
Trong phân tử H2, nguyên tử hydro dùng chung hai electron thông qua liên kết cộng hóa trị.[5] Sự cộng hóa trị là mạnh nhất giữa các nguyên tử có độ âm điện tương đương nhau. Do đó, liên kết cộng hóa trị không nhất thiết phải xảy ra giữa hai nguyên tử của cùng một nguyên tố, chỉ cần độ âm điện của chúng có thể so sánh được. Liên kết cộng hóa trị mà yêu cầu dùng chung electron với nhiều hơn hai nguyên tử được cho là bị bất định xứ.