Stickstoff kann bis zu vier kovalente Bindungen bilden, am häufigsten in Ammonium. Ammonium ist ein positives Ion, das nicht so stabil ist wie Ammoniak, das nur drei kovalente Bindungen hat.
Eine kovalente Bindung tritt typischerweise zwischen zwei oder mehr Nichtmetallatomen auf. Um zu versuchen, ihre jeweiligen äußeren Orbitale zu füllen, teilen sich Atome ihre äußeren Elektronen. Stickstoff in seiner elementaren Form findet sich mit fünf äußeren Elektronen in einer Schale, die mit acht gefüllt werden könnte. Wenn Stickstoff drei kovalente Bindungen bildet, ist das äußere Orbital im Wesentlichen voll und Ammoniak, ein neutrales Molekül, wird gebildet. Durch verschiedene chemische Techniken kann Stickstoff in eine Situation gebracht werden, in der er vier kovalente Bindungen bildet, was möglich ist, da gemeinsame Elektronen physikalisch keinen Platz in den Orbitalen des anderen einnehmen.
