Lo mismo que los del carbono, los enlaces covalentes de otros elementos están orientados espacialmente en direcciones características. Así, cualquier molécula en la que haya una secuencia de tres átomos tendrá un determinado ángulo de enlace asociado al átomo central de la secuencia. La siguiente figura muestra algunos ángulos de enlace típicos que se observan en varios compuestos covalentes. Los ángulos de enlace no son del todo invariables, sino que pueden sufrir ligeras deformaciones (hasta unos 10 grados) según varíen los requerimientos espaciales de los sustituyentes unidos al átomo central. Obsérvese, por ejemplo, en la figura siguiente, la diferencia de 6 grados entre el ángulo de enlace del oxígeno del agua y del éter metílico, CH3-O-CH3, cuyos grupos CH3 son más voluminosos que los pequeños átomos de H del agua.

La distancia entre los núcleos de los dos átomos enlazados se llama longitud de enlace o distancia de enlace. Estas distancias dependen no sólo de los átomos unidos, sino también del grupo funcional del que forman parte. Así, las longitudes del enlace carbono-carbono varían dependiendo de que tengamos un enlace sencillo, doble o triple, y lo mismo pasa con las longitudes de los enlaces carbono-oxígeno y  carbono-nitrógeno.

Obsérvese que las distancias de enlace se hacen progresivamente más cortas según aumenta la multiplicidad del enlace. Por ejemplo, las distancias entre carbono y carbono en el enlace doble y triple son aproximadamente un 87 y un 78 por 100, respectivamente, de la distancia del enlace sencillo carbono-carbono. Puesto que la energía que se requiere para estirar o comprimir un enlace es mayor que la requerida para doblar los enlaces, las longitudes de enlace muestran típicamente menos variación con respecto a su valor normal que los ángulos de enlace. Las longitudes y ángulos de enlace son de gran importancia para comprender e interpretar estereoquímicamente el comportamiento de los compuestos orgánicos. Cada una de estas magnitudes se pueden medir con gran exactitud mediante las técnicas de difracción de electrones y espectroscópica.