Promień walencyjny atomów, zwany też czasami promieniem kowalencyjnym – średnia odległość najdalej położonych od jądra atomu elektronów występująca w pojedynczych wiązaniach chemicznych tworzonych przez te atomy. Można też powiedzieć, że promień walencyjny jest równy połowie średniej długości pojedynczych wiązań chemicznych jakie zwykle tworzy dany atom.

Atomy tworzą między sobą wiązania chemiczne o różnej długości w zależności od ogólnej konfiguracji cząsteczki i narzuconych przez jej geometrię kątów tych wiązań. Stwierdzono jednak, że poza pewnymi skrajnymi przypadkami, długość wiązań między dwoma dowolnymi atomami A i B (wiązanie A–B) jest równa średniej z długości wiązań A–A i B–B z dokładnością do ±0,03 Å.

Znając więc promienie walencyjne dwóch atomów można dość łatwo oszacować długość wiązania pojedynczego tych atomów i takie jest też główne zastosowanie praktyczne tej wielkości. Metoda ta zawodzi jednak zupełnie w przypadku wiązań wielokrotnych oraz gdy na jednym (lub na obu) atomach występuje całkowity ładunek elektryczny. W przypadku wiązań jonowych lepszą metodą szacowania ich długości jest znajomość promieni jonowych tworzących je atomów.

Promienie walencyjne atomów są o ok. 25-50% mniejsze od promieni van der Waalsa tych samych atomów, które są równe promieniowi chmury elektronowej atomów w stanie wolnym. Wynika to z faktu, że w wiązaniach chmury elektronowe tworzących je atomów częściowo się nakładają.

Porównanie promieni walencyjnych i van der Waalsa dla kilku wybranych atomów (Å):

Zobacz też: Promień atomowy, wiązanie chemiczne

Suma dwóch promieni daje długość wiązania, czyli. R(AB) = r(A) + r(B).