Twee waterstofatomen en één zuurstofatoom binden zich aan elkaar om water te vormen. Dat is een molecuul, een groep van twee of meer atomen die chemisch aan elkaar gebonden zijn. De atomen kunnen van hetzelfde element zijn, zoals O₂, of van verschillende elementen, zoals H₂O. Het molecuul is de kleinste eenheid van een covalente verbinding die zijn chemische eigenschappen behoudt. Het is elektrisch neutraal, in tegenstelling tot een ion.

Moleculen variëren enorm in grootte en complexiteit. Waterstof is het kleinste, met twee atomen. Eiwitten kunnen duizenden atomen bevatten. DNA kan miljarden atomen bevatten. De vorm van een molecuul bepaalt zijn functie. De vorm van een eiwit bepaalt waaraan het bindt. De vorm van een medicijn bepaalt of het zijn doelwit bereikt. Moleculaire geometrie wordt beschreven door bindingslengtes, bindingshoeken en torsiehoeken. Het VSEPR-model voorspelt vormen op basis van elektronenafstoting.

Moleculen worden bij elkaar gehouden door covalente bindingen. Ze kunnen ook met elkaar interageren via zwakkere krachten: waterstofbruggen, dipool-dipoolinteracties en London-dispersiekrachten. Deze intermoleculaire krachten bepalen kookpunten, oplosbaarheid en biologische activiteit. Ze verklaren waarom water vloeibaar is bij kamertemperatuur en methaan gasvormig.

Moleculen vormen de basis van de scheikunde. Ze bepalen het ontstaan ​​en de afbraak van reacties. Spectroscopie identificeert ze en de biologie maakt er gebruik van. Het molecuul is de fundamentele eenheid van covalente verbindingen.