В узлах кристаллической решётки атомных кристаллов находятся атомы. Связь между ними ковалентная. Эта связь возникает между двумя атомами за счёт образования общей пары валентных электронов по одному от каждого атома, т.е. вызвана обменным электронным взаимодействием между атомами.
Типичными представителями кристаллов с чисто ковалентной связью являются: алмаз, кремний, германий, серое олово, а также алмазоподобные соединения A3B5,A1B6, A1B7, при образовании которых наряду с ковалентной связью всегда возникает дополнительная ионная компонента связи.
Несколько валентных электронов являются общими для атома и его соседей, поэтому невозможно выделить какую- либо группу атомов, которую можно рассматривать как химически насыщенную. Весь кристалл представляет собой огромную молекулу. Механизм образования молекулы с ковалентной связью рассматривался в разделе «Квантовая механика».