L'osservazione generalmente non è sufficiente per determinare il tipo di legame che ha una sostanza. Sebbene alcune proprietà fisiche, come il punto di fusione e il punto di ebollizione, possano fornire indicazioni sul tipo di legame, l’identificazione definitiva del tipo di legame richiede ulteriori analisi.

Ad esempio, le sostanze con legami ionici tendono ad avere punti di fusione e di ebollizione elevati, mentre quelle con legami covalenti hanno tipicamente punti di fusione e di ebollizione più bassi. Questo perché i legami ionici sono più forti dei legami covalenti e richiedono più energia per rompersi. Tuttavia, esistono eccezioni a questa regola e altri fattori, come la struttura molecolare, possono influenzare queste proprietà.

Per determinare con precisione il tipo di legame in una sostanza, vengono comunemente impiegate tecniche sperimentali come la cristallografia a raggi X, la spettroscopia di risonanza magnetica nucleare (NMR) o la spettroscopia a infrarossi (IR). Queste tecniche forniscono informazioni dettagliate sulla disposizione degli atomi e sui tipi di legami presenti in una sostanza.