Siedem dwuatomowych pierwiastków to wodór, azot, tlen, fluor, chlor, brom i jod. Według Princetona cząsteczki dwuatomowe to cząsteczki złożone tylko z dwóch atomów tego samego lub różnych pierwiastków chemicznych .
Pięć z dwuatomowych pierwiastków występuje naturalnie jako gaz. Należą do nich wodór, azot, tlen, fluor i chlor. Brom jest ciekły, a jod jest stały w stanie naturalnym.
Elementy dwuatomowe nigdy nie istnieją jako pojedyncze atomy. Zawsze występują w parach lub łączą się w związku z innym pierwiastkiem. Jeżeli element dwuatomowy występuje w związku, uważa się go za heterojądrowy. Cząsteczka dwuatomowa zawierająca dwa takie same elementy jest homonuklearna.
Jak dwuatomowe cząsteczki wiążą się w zależności od tego, czy cząsteczka jest homonuklearna czy heterojądrowa. Cząsteczki homojądrowe mają wiązania kowalencyjne, w których dzielą się elektronami. Te elektrony są dzielone równo, więc nie ma różnicy w elektroujemności. Cząsteczki heterojądrowo-dwuatomowe mają polarne wiązania kowalencyjne, w których występuje różnica w elektroujemności.
Cząsteczki dwuatomowe są bardzo powszechne. Około 99 procent atmosfery ziemskiej składa się z dwóch dwuatomowych cząsteczek azotu i tlenu. W 1805 roku Gay-Lussac i von Humboldt ustalili, że z pierwiastków dwuatomowych tworzy się woda i tlen. Tlenek węgla, tlenek azotu i chlorowodór to inne ważne przykłady cząsteczek dwuatomowych.
