分子是物质中能够独立存在的相对稳定并保持该物质物理化学特性的最小单元，分子由原子构成，原子通过一定的作用力，以一定的次序和排列方式结合成分子。以水分子为例，将水不断分离下去，直至不破坏水的特性，这时出现的最小单元是由两个氢原子和一个氧原子构成的一个水分子（H2O），一个水分子可用电解法或其他方法再分为两个氢原子和一个氧原子，但这时它的特性已和水完全不同了。有的分子只由一个原子构成，称单原子分子，如氦和氩等分子属此类，这种单原子分子既是原子又是分子。由两个原子构成的分子称双原子分子，例如氧分子(O2)和一氧化碳分子(CO)：一个氧分子由两个氧原子构成，为同核双原子分子；一个一氧化碳分子由一个氧原子和一个碳原子构成，为异核双原子分子。由两个以上的原子组成的分子统称多原子分子。分子中的原子数可为几个、十几个、几十个乃至成千上万个。例如一个二氧化碳分子(CO2)由一个碳原子和两个氧原子构成。一个苯分子包含六个碳原子和六个氢原子(C6H6)，有些分子包含几百个原子，如分子式为C257H383N65O77S6的赖脯胰岛素。 分子结构图
分子结构或称分子立体结构、分子、分子几何，建立在光谱学
数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态形状、颜色、磁性和生物活性。 一个水分子模型（水分子）
分子结构最好在接近绝对零度的温度下测定，因为随着温度升高，分子转动也增加。量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状，固态分子的结构也可通过X射线晶体学测定。体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在，势能面中这些构象之间的能垒较高。
分子结构涉及原子在空间中的位置，与键结的化学键种类有关，包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。
原子在分子中的成键情形与空间排列：分子结构对物质的物理与化学性质有决定性的关系。最简单的分子是氢分子，1克氢气包含1023个以上的氢分子。一个水分子中2个氢原子都连接到一个中心氧原子上，所成键角是105.3°。分子中原子的空间关系不是固定的，除了分子本身在气体和液体中的平动外，分子结构中的各部分也都处于连续的运动中。因此分子结构与温度有关。分子所处的状态（固态、液态、气态、溶解在溶液中或吸附在表面上）不同，分子的精确尺寸也不同。 阿司匹林分子渗透模型
因尚无真正适用的分子结构理论，复杂分子的细致结构不能预言，只能从实验测得。量子力学认为，原子中的轨道电子具有波动性，用数学方法处理电子驻波（原子轨道）就能确定原子间或原子团间键的形成方式。原子中的电子轨道在空间重叠愈多，形成的键愈稳定。量子力学方法是建立在实验数据和近似的数学运算（由高速电子计算机进行运算）相结合的基础上的，对简单的体系才是精确的，例如对水分子形状的预言。另一种理论是把分子看成一个静电平衡体系：电子和原子核的引力倾向于最大，电子间的斥力倾向于最小，各原子核和相邻原子中电子的引力也是很重要的。为了使负电中心的斥力减至最小，体系尽可能对称的排列，所以当体系有2个电子对时，它们呈线型排列（180°）；有3个电子对时呈三角平面排列，键角120°。