Un espacio topológico es conexo si, y sólo si, los únicos subconjuntos de abiertos y cerrados a la vez son el vacío y el total[1].
Demostración
Supongamos que es conexo y sea abierto y cerrado. Entonces es una separación de , pero como es conexo, o bien o bien es vacío. Por lo que o .
Supongamos que los únicos abiertos y cerrados son el vacío y el total. Sea una separación por abiertos disjuntos. Entonces , lo que significa que es abierto y cerrado y, por hipótesis, o . En cualquier caso, no existe una separación (es trivial) y es conexo.