Расстояние между ядрами связанных атомов называют длиной связи. Атомы сближаются на такое расстояние, при котором
достигается наибольшее перекрывание их электронных орбиталей, а энергия молекулы становится минимальной. Длина связи сопоставима с размерами атомов и обычно составляет 0,1-0,2 нм.
Длина связи зависит от радиуса атомов. Чем больше радиусы, тем больше длина связи между ними. Так, в ряде галогенов с увеличением порядкового номера увеличивается радиус атомов вследствие того, что в электронной оболочке атомов галогенов увеличивается число энергетических уровней. Поэтому в ряде гало-геноводнив увеличивается длина связи: от наименьшей в фтороводорода к крупнейшей в йодоводню.
Длина связи зависит от кратности связи. Чем больше кратность связи, тем меньше расстояние между атомами. У атомов химических элементов второго периода радиусы примерно одинаковые, но в ряде фтор F2 - кислород O2 - азот N2 длина связи в молекулах существенно уменьшается, так как в молекуле фтора одинарный связь, кислорода - двойной, а азота - тройной.