Атомы, на основе существующих между ними связей, формируют молекулярные структуры. Число атомов, способных объединиться друг с другом может изменяться от N = 2 (двухатомные молекулярные структуры) до неограниченного множества. Особенно обширные молекулярные связи присущи органическому миру веществ. Пространственные размерности молекулярных структур варьируют в широких пределах от нескольких до сотен и тысяч ангстрем ( Å (1∙10^-10 м), то есть до величины 1∙10^-7 м.

Простейшей молекулой вещества является молекула водорода Н₂.

Подобно атому, молекула как структура подчиняется квантовым законам и обладает совокупностью стационарных состояний с определенной величиной энергии состояния (термы): электронного, вращательного, колебательного.

Химические и большинство физических свойств молекул определяются относительно слабо связанными внешними электронами атомов. По типу химических связей различают: ионные молекулы (гетерополярные) и атомные (гомиополярные).

Ионные молекулы образуются в результате превращения взаимодействующих атомов в противоположно электрически заряженные и взаимопритягивающие ионы. В основе образования ионных молекул лежит поведение атомов с различно заполненной внешней (s+p) подоболочкой. Типичными ионными молекулами являются соединения атомов элементов I и VII групп периодической таблицы Д.И.Менделеева.

Атомные (гомеополярные) молекулы возникают в условиях притяжения нейтральных атомов, образующих ковалентную связь.