化学键的极性，又称极性共价键，源于成键原子间“电负性”的差异 。电负性是衡量一个原子在化学键中吸引共享电子对能力的物理量 。
当两个电负性完全相同的原子形成共价键时，共享电子对均匀地分布在两个原子核之间，正负电荷中心重合，这种键被称为非极性共价键。
然而，当两个电负性不同的原子成键时，电负性更强的原子会更大力地吸引共享电子对，导致电子云密度偏向该原子。这使得电负性较强的原子一端带上部分负电荷（δ-），而电负性较弱的原子一端带上部分正电荷（δ+）。这种正负电荷中心发生分离的共价键，就是极性共价键。
DOI: 10.1039/d3dt00621b
分子极性是所有化学键极性矢量的和。如果分子结构对称，极性键的效应可能相互抵消，使得整个分子非极性。反之，若结构不对称，键的极性无法抵消，分子则为极性分子。
DOI: 10.1021/acs.chemrev.7b00259
偶极矩是用来描述分子中正负电荷中心分离程度的物理量。对于一个由正电荷(+q）和负电荷(-q)组成的简单电偶极子，其偶极矩的定义为：
μ = q × d
偶极矩（μ）是电荷大小（q）与正负电荷中心之间距离（d）的乘积。国际单位是库仑·米（C·m），但在化学中常用德拜（D）。1 D = 3.336 × 10⁻³⁰ C·m。一个分子的偶极矩越大，意味着其内部电荷分离越严重，分子的极性就越强。对于非极性分子，其永久偶极矩为零 。
DOI: 10.1021/ja802851w
偶极矩是一个矢量 。它不仅有大小，还有方向。偶极矩矢量的方向定义为从负电荷中心指向正电荷中心分子的总偶极矩是其内部所有单个化学键偶极矩的矢量和。
在CO₂中，两个 C=O 键矩大小相等，方向相反，矢量相加后结果为零。在H2O中，两个 O-H 键矩的夹角约为104.5°，它们的矢量和指向分子的正电荷一侧，大小不为零，因此水分子具有一个显著的偶极矩（约1.85 D）。
在CCl₄中，分子呈正四面体结构，四个 C-Cl 键矩虽然都很强，但由于高度对称，它们的矢量和恰好为零，所以 CCl₄ 是非极性分子。
DOI: 10.1021/acs.jced.3c00532
极性的判断过程主要依赖于对两个核心因素的分析：构成化学键的原子间的电负性差异，以及这些化学键在三维空间中的几何排布。
电负性差异是化学键极性的直接来源 。化学家莱纳斯·鲍林（Linus Pauling）提出的鲍林电负性标度是应用最广泛的标准。
通过比较成键两原子的电负性差值（ΔEN），可以大致判断化学键的类型，例如ΔEN ≈ 0 ~ 0.4：电子共享相对均匀，化学键被认为是非极性共价键。
ΔEN > 0.4 ~ 1.7：电子共享不均匀，电子云偏向电负性更强的原子，形成极性共价键。
ΔEN > 1.7：电负性差异巨大，电子几乎完全从一个原子转移到另一个原子，形成离子键。
DOI:10.1038/ncomms15155
分子的几何构型决定了其整体极性。即使所有化学键都是极性的，若构型对称，极性效应也会相互抵消，导致分子非极性。价层电子对互斥理论（VSEPR）预测分子形状，认为其由中心原子的价层电子对排斥作用决定，包括成键电子对和孤立电子对。
判断分子极性的流程是：
（1）画出分子的路易斯结构。
（2）利用VSEPR理论判断分子的三维几何构型。
（3）分析每个化学键的极性（基于电负性差异）。
（4）在三维空间中对所有键偶极矩进行矢量求和。如果矢量和为零，则分子为非极性；如果不为零，则为极性。
对称性是快速判断的核心，如果一个分子具有高度的对称性（例如，存在多个对称轴、对称面或对称中心），且中心原子连接的所有基团完全相同，那么它很可能是非极性的。
表1. 极性分子与非极性分子核心区别。
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特性
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极性分子 (Polar Molecules)
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非极性分子 (Nonpolar Molecules)
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电荷分布
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不均匀，分子内部存在永久性的正电荷中心和负电荷中心。
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均匀，或虽有局部不均（极性键），但整体对称导致电荷均匀。
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永久偶极矩 (μ)
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μ > 0，具有一个净的、永久性的偶极矩。
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μ = 0，没有永久性的净偶极矩。
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分子对称性
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通常是不对称的。
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通常是高度对称的。
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与外电场的相互作用
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在外电场中会发生取向，试图将自身偶极方向与电场方向对齐。
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在外电场中主要发生电子云畸变，无整体取向。
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主要的分子间作用力
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偶极–偶极相互作用，氢键。
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伦敦色散力。
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溶解性（“相似相溶”）
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倾向于溶解在极性溶剂（如水、乙醇）中。
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倾向于溶解在非极性溶剂（如己烷、四氯化碳）中。
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沸点和熔点
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相对分子质量相近时，通常高于非极性分子。
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相对分子质量相近时，通常低于极性分子。
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典型例子
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H₂O, NH₃, HCl, SO₂, CHCl₃, C₂H₅OH
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CO₂, CH₄, CCl₄, BF₃, N₂, O₂, C₆H₁₄ (己烷)
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分子间作用力，又称范德华力，是存在于分子与分子之间的力，其强度远小于分子内部的化学键（共价键、离子键）。根据其来源和性质，主要可分为以下几种：伦敦色散力、偶极–偶极相互作用、氢键等。分子的极性状态直接决定了其主要参与哪种类型的分子间作用力。
偶极–偶极相互作用是极性分子之间的特有作用力。极性分子具有永久偶极矩，正极（δ+）和负极（δ-）相互吸引，使分子倾向于“头尾相接”排列。作用力的强度与偶极矩大小相关，偶极矩越大，作用力越强。它比伦敦色散力强，但通常比氢键弱。
DOI: 10.1039/d4ee01793e
氢键可以被看作是一种极强的特殊偶极–偶极相互作用。它并非所有极性分子都能形成，而是需要满足特定的条件：分子中必须存在一个与强电负性原子（通常是N、O、F）直接共价连接的氢原子。
当满足此条件时，H-N、H-O或H-F键具有非常高的极性，氢原子几乎裸露成一个带部分正电荷的质子。这个高度正电性的氢原子会被邻近分子中的N、O、F原子上的孤对电子强烈吸引，形成氢键。
DOI: 10.1002/adma.202509735
非极性分子之间是通过伦敦色散力聚集在一起形成液体和固体。伦敦色散力存在于所有分子中，无论是极性还是非极性。但对于非极性分子而言，这是它们之间唯一的分子间作用力。
伦敦色散力源于电子在分子轨道中的瞬时运动。在任何一个瞬间，分子的电子云分布都可能是不均匀的，从而产生一个瞬时的、短暂的偶极，即瞬时偶极。这个瞬时偶可以诱导邻近的分子也产生一个偶极（诱导偶极），两者之间产生微弱的静电吸引。受以下因素影响：
分子大小/电子数：分子越大，含有的电子越多，电子云越容易发生瞬时不平衡，因此极化率越高，伦敦色散力越强。这就是为什么卤素单质的沸点随原子序数增加而升高（F₂ ）。
分子形状：接触面积越大的分子（如直链烷烃）比接触面积小的球形分子（如支链烷烃）具有更强的伦敦色散力。
DOI: 10.1038/s41467-018-05407-x
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