分子的极性与共价键的极性密切相关。共价键的极性源于形成共价键的两个原子电负性不同而导致的电荷偏移。在原子之间，电子云分布偏向电负性大的原子，导致电荷分布不均匀。如果两个原子电负性相同，则形成完全非极性的共价键；如果两个原子电负性不同，则形成极性共价键。同种原子形成的双原子分子为非极性分子，而不同原子形成的分子是极性分子。多原子分子的极性不仅和共价键的极性相关，还与分子的几何构型或对称性有关。由极性共价键构成的分子也可能是非极性分子，如果分子的正负电荷中心重合，则该分子为非极性，如三氟化硼分子（BF₃）、甲烷分子（CH₄）等。

用于度量极性的物理量称为电偶极矩，电偶极矩μ是电偶极子两端电量q与偶极子之间距离l的乘积，即。

电偶极矩表示图

共价键的电偶极矩简称键矩。键矩计算时，电量等于两个原子所带的电荷量，距离等于键长。分子的极性用分子偶极矩度量，对应分子整体的电偶极矩，等于分子中所有的电偶极矩的矢量加和。对于最简单的双原子分子，其分子偶极矩等于这两个原子所成共价键的键矩。对于多原子分子，分子的偶极矩不仅和键矩有关，还与分子的几何构型或对称性有关，非极性分子的偶极矩为零。

偶极矩是一个矢量，既有大小，也有方向。IUPAC规定其方向由负到正。但传统上，曾规定方向由正指向负，很多教材中仍沿用此传统。偶极矩大小可以计算，也通过实验测定。

需要注意的是，均由同种原子所形成的分子也不一定是非极性的，如臭氧分子（O₃）。根据共振式可以判断中心的氧原子带正的形式电荷，两端的氧原子带负的形式电荷，因此分子中的O─O键是极性共价键。分子构型为折线形，正负电荷中心不重合，臭氧分子有净的电偶极矩，是极性分子。