To hydrogenatomer og ett oksygenatom binder seg sammen for å danne vann. Det er et molekyl, en gruppe på to eller flere atomer som er kjemisk bundet sammen. Atomene kan være det samme grunnstoffet, som O2, eller forskjellige grunnstoffer, som H2O. Molekylet er den minste enheten i en kovalent forbindelse som beholder sine kjemiske egenskaper. Det er elektrisk nøytralt, i motsetning til et ion.

Molekyler varierer enormt i størrelse og kompleksitet. Hydrogen er det minste, med to atomer. Proteiner kan inneholde tusenvis av atomer. DNA kan inneholde milliarder. Formen på et molekyl bestemmer dets funksjon. Et proteins form bestemmer hva det binder seg til. Et legemiddels form bestemmer om det passer til målet sitt. Molekylær geometri beskrives av bindingslengder, bindingsvinkler og torsjonsvinkler. VSEPR-modellen forutsier former basert på elektronfrastøtning.

Molekyler holdes sammen av kovalente bindinger. De kan også samhandle med hverandre gjennom svakere krefter: hydrogenbindinger, dipol-dipol-interaksjoner og London-dispersjonskrefter. Disse intermolekylære kreftene bestemmer kokepunkter, løselighet og biologisk aktivitet. De er grunnen til at vann er en væske ved romtemperatur og metan er en gass.

Molekyler er kjemiens vokabular. Det er de som reaksjoner skaper og ødelegger. Det er de som spektroskopi identifiserer og som biologien bruker. Molekylet er den grunnleggende enheten i kovalente forbindelser.