พันธะโคเวเลนต์ (อังกฤษ: Covalent bond) คือพันธะเคมี ภายในโมเลกุลลักษณะหนึ่ง พันธะโคเวเลนต์เกิดจากอะตอมสองอะตอมใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งคู่หรือมากกว่าร่วมกัน ทำให้เกิดแรงดึงดูดที่รวมอะตอมเป็นโมเลกุลขึ้น อะตอมมักสร้างพันธะโคเวเลนต์เพื่อเติมวงโคจรอิเล็กตรอนรอบนอกสุดให้เต็ม ดังนั้น อะตอมที่สร้างพันธะโคเวเลนต์จึงมักมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนอยู่มาก เช่น ธาตุหมู่ VI และหมู่ VII เป็นต้น พันธะโคเวเลนต์แข็งแรงกว่าพันธะไฮโดรเจนและมีความแข็งแรงพอ ๆ กับพันธะไอออนิก
พันธะโคเวเลนต์มักเกิดขึ้นระหว่างอะตอมที่มีค่าอิเล็กโตรเนกาทิวิตีใกล้เคียงกัน ธาตุอโลหะมีแนวโน้มที่จะสร้างพันธะโคเวเลนต์มากกว่าธาตุโลหะซึ่งมักสร้างพันธะโลหะ เนื่องจากอิเล็กตรอนของธาตุโลหะสามารถเคลื่อนอย่างอิสระ ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนของธาตุอโลหะไม่สามารถเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระนัก การใช้อิเล็กตรอนร่วมกันจึงเป็นทางเลือกเดียวในการสร้างพันธะกับธาตุที่มีสมบัติคล้าย ๆ กัน อย่างไรก็ดี พันธะโคเวเลนต์ที่มีโลหะนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในการเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น พันธะโคเวเลนต์ระหว่างสารอินทรีย์กับโลหะเป็นเครื่องมือสำคัญของกระบวนการสร้างพอลิเมอร์หลายๆ กระบวนการ เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาในระดับที่สูงขึ้นจะพบว่า พันธะโคเวเลนต์ไม่จำเป็นต้องเกิดขึ้นระหว่างธาตุโลหะกับอโลหะเท่านั้น
"บริเวณที่มีความหนาแน่นสัมพัทธ์ของอิเล็กตรอนสูงระหว่างนิวเคลียส ที่มีการใช้อิเล็กตรอนร่วมกันและก่อให้เกิดแรงดึงดูดและระยะทางระหว่างนิวเคลียสที่เป็นเอกลักษณ์เฉพาะ"
