En un doble enlace covalente, los dos átomos se mantienen unidos por dos pares de electrones compartidos. Esto crea un enlace más fuerte que un enlace covalente simple, porque hay más electrones que mantienen unidos a los átomos. Los electrones de un enlace covalente doble están dispuestos en un enlace pi (π). Un enlace pi se forma cuando dos orbitales atómicos se superponen uno al lado del otro.
Los enlaces covalentes dobles suelen ser más cortos y más fuertes que los enlaces covalentes simples. Esto se debe a que los dos pares de electrones en un enlace covalente doble se mantienen más juntos que el par de electrones en un enlace covalente simple. La menor longitud del enlace y la mayor fuerza del enlace de los enlaces covalentes dobles los hacen menos propensos a romperse que los enlaces covalentes simples.
Los enlaces covalentes dobles se encuentran en muchas moléculas importantes, como los alquenos, los alquinos y los compuestos aromáticos. Los alquenos son hidrocarburos que tienen al menos un doble enlace carbono-carbono. Los alquinos son hidrocarburos que tienen al menos un triple enlace carbono-carbono. Los compuestos aromáticos son hidrocarburos que tienen un anillo de átomos de carbono.