在化學中，孤電子對是指在共價鍵中不與另一個原子共享的一對價電子，有時稱為非共享對或非鍵合對。 孤電子對存在于原子的最外層電子殼中。 它們可以通過使用路易斯結構來識別。 因此，如果兩個電子配對但不用于化學鍵合，則電子對被認為是孤對。 因此，孤對電子數加上成鍵電子數等于原子周圍的價電子數。

孤電子對是解釋分子形狀的價層電子對排斥理論（VSEPR理論）中使用的概念。 它們在路易斯酸和堿的化學中也有提及。 然而，并非所有非鍵合電子對都被化學家認為是孤電子對。 例子是過渡金屬，其中非鍵合對不影響分子幾何形狀，據說在立體化學上是不活潑的。 在分子軌道理論（完全離域的規范軌道或以某種形式局域化）中，孤對的概念不太明確，因為軌道和路易斯結構的組成部分之間的對應關系通常并不簡單。 然而，占據的非鍵合軌道（或大部分非鍵合特征的軌道）經常被識別為孤對。

單個孤對原子可以在氮基團中找到，例如氨中的氮。 兩個孤對可以在硫屬元素組中的原子中找到，例如水中的氧。 鹵素可以攜帶三個孤對電子，例如氯化氫。

在 VSEPR 理論中，水中氧原子上的電子對形成四面體的頂點，四個頂點中的兩個頂點上有孤電子對。 H–O–H 鍵角為 104.5°，小于四面體角預測的 109°，這可以用孤對之間的排斥相互作用來解釋。

已經提出了存在孤對電子的各種計算標準。 雖然電子密度 ρ(r) 本身在這方面通常不提供有用的指導，但電子密度的拉普拉斯算子很有啟發性，孤對位置的一個標準是其中 L(r) = –?2ρ(r) 是局部xxx值。 靜電勢 V(r) 的最小值是另一個建議的標準。 還有一個考慮電子定位功能（ELF）。

這些對通常表現出負極性，具有高電荷密度，并且與鍵合電子對相比，它們平均更靠近原子核。 孤對電子的存在降低了鍵合電子對之間的鍵角，因為它們的高電荷導致電子之間的巨大排斥。 它們還參與了配位鍵的形成。 例如，當酸溶解在水中時會產生水合氫 (H3O+) 離子，這是由于氧原子向氫離子提供孤對電子。

當在兩個更常見的分子中觀察時，可以更清楚地看到這一點。 例如，在二氧化碳 (CO2) 中，氧原子位于碳的相對兩側（線性分子幾何），而在水 (H2O) 中，氫原子之間的角度為 104.5°（彎曲分子幾何）。 氧原子孤對電子的排斥力將氫原子推得更遠，直到氫原子上所有電子的力達到平衡。 這是 VSEPR 理論的一個例子。

孤電子對可以影響分子的偶極矩。 NH3 的偶極矩為 1.42 D。由于氮的電負性 (3.04) 大于氫的電負性 (2.2)，結果是 N-H 鍵是極性的，氮原子上帶有凈負電荷和較小的凈正電荷 氫原子上。 還有一個與孤對偶相關的偶極子，這加強了極性共價 N-H 鍵對氨偶極矩的貢獻。 與 NH3 相比，NF3 的偶極矩低得多，為 0.234 D。氟比氮更具電負性，并且 N-F 鍵的極性與氨中 N-H 鍵的極性相反，因此由于孤對產生的偶極子相反 N-F鍵偶極子，導致低分子偶極矩。

當連接到一個原子上的其他三個基團都不同時，孤對可以促成分子中手性的存在。 在某些胺、膦、硫離子和氧離子、亞砜甚至碳負離子中都可以看到這種效果。

立體異構中心為胺的對映異構體的拆分通常被排除在外，因為立體中心氮轉化的能壘較低，這使得兩種立體異構體在室溫下可以快速相互轉化。 因此，此類手性胺無法解析，除非胺基團被限制在環狀結構中（例如在 Tr?ger 堿中）。