分子是由两个或更多相互结合的原子组成的电中性实体。按照国际纯粹与应用化学联合会采用的严格定义，分子的束缚态必须能够支持至少一个振动态。分子可以由同一种化学元素的原子组成，例如氧气（O₂）；也可以由不同元素的原子组成，例如水（H₂O）。分子究竟是哪一种，不仅取决于它包含哪些原子，还取决于这些原子如何连接和排列。(goldbook.iupac.org)
定义与界限
分子既不同于单个原子，也不同于带有净电荷的离子。按照严格的电中性定义，由相互结合的原子构成的带电基团，如铵离子（NH₄⁺），属于多原子离子，而不是分子。不过，“分子离子”等表述已成为通行术语，用于指具有分子结构的带电物种。(goldbook.iupac.org)
并非所有物质都由独立的分子组成。固态氯化钠中的钠离子和氯离子形成延展的排列结构；其化学式表示的是两种离子的比例，而不是一个独立的分子。同样，共价网络固体中的化学键贯穿整个结构，并不终止于小型分子单元的边界。因此，分子物质与非分子物质的区别在于结构，而不能简单地归结为化合物与单质的区别。(openstax.org)
组成与表示方法
分子式记录分子中所含的元素及各元素的原子数。H₂O 表示两个氢原子和一个氧原子；C₆H₁₂O₆ 表示六个碳原子、十二个氢原子和六个氧原子。实验式则表示各元素原子数的最简整数比，因此 C₆H₁₂O₆ 对应的实验式为 CH₂O。结构式进一步提供原子之间连接方式的信息。(openstax.org)
两种物质可以具有相同的分子式，却具有不同的结构，这种现象称为同分异构现象。乙酸和甲酸甲酯的分子式都是 C₂H₄O₂，但原子的连接方式和化学性质不同。另一些同分异构体的原子连接方式相同，空间排列却不同。因此，仅凭分子式无法唯一确定许多物质的身份。(openstax.org)
球棍模型着重表现化学键和键角，空间填充模型则着重表现原子所占据的体积。两者都只是模型：其中的球体和连接杆并不是原子表面或化学键的真实形象。这类表示方法呈现的是分子结构的某些方面，而非对其电子结构的完整描述。(openstax.org)
成键与电子结构
普通分子内部的化学键主要是共价键。对这些键的描述涉及电子的分布及其与原子核的相互作用。量子力学为解释分子的电子态、成键和稳定性提供了理论框架。(openstax.org)
价键理论通过原子轨道的重叠来描述成键，通常将化学键视为局域于特定原子之间。分子轨道理论则采用能够延展至整个分子的轨道。电子占据成键轨道通常会使分子体系更加稳定，而占据反键轨道则会抵消成键作用。这些方法提供了相互补充的描述，而不是电子沿固定路径运动的真实图景。(openstax.org)
电子结构还能解释简单结构图可能无法表现的性质。氧气具有未成对电子，会受到磁场的吸引，这种性质称为顺磁性。分子轨道理论能够解释这一行为，而常规的路易斯结构则无法充分呈现它。(openstax.org)
几何构型与极性
分子几何构型描述原子核在三维空间中的排列，包括键长和键角。长度通常以皮米或埃表示。电子对互斥模型通过考虑中心原子周围成键区域和孤电子对的排列，可以预测许多简单分子的几何构型。(openstax.org)
几何构型会影响分子的极性。电负性的差异可以产生极性键，但这些键的综合效应取决于它们的方向。二氧化碳呈直线形，因此两个键偶极矩相互抵消。水分子呈折线形，键偶极矩不会相互抵消，因此分子具有永久偶极矩。由此可见，具有极性键并不一定意味着整个分子具有极性。(openstax.org)
分子间相互作用
分子之间的作用力不同于将各分子内部原子结合在一起的化学键。范德华力包括与永久偶极或诱导偶极有关的吸引作用。即使在非极性分子之间，也存在色散力，其大小取决于极化率和分子形状。氢键是另一种重要的相互作用，在水和许多生物物质中尤为重要。(openstax.org)
这些相互作用有助于决定物质的沸点、熔化行为和物态。液态水转变为水蒸气时，主要是分子彼此分离，而不是分子内部的氧—氢键断裂。分子大小并非决定沸点的唯一因素：分子式相同的分子也可能具有不同的沸点，因为它们的形状使分子之间能够以不同方式接触。(openstax.org)
大分子与生物分子
分子的大小跨度很大，从小型双原子物种到大型高分子都有。许多高分子属于聚合物，由较小的单元连接而成。生物中的例子包括蛋白质和脱氧核糖核酸。脱氧核糖核酸通过其核苷酸单元的序列储存遗传信息，而聚合物构成单元在组成和排列上的差异，也会产生分子的多样性。(openstax.org)
实验鉴定
研究分子的组成和结构，需要采用相互补充的技术。质谱法提供有关分子质量、可能的分子式和碎裂模式的信息。核磁共振能够区分处于不同化学环境中的原子核，并帮助确定分子的骨架。无论是一个分子式，还是一次测量，都不一定能唯一确定结构；判定分子的身份通常需要综合多种证据。(openstax.org)