Dois átomos de hidrogénio e um átomo de oxigénio ligam-se para formar a água. Trata-se de uma molécula, um grupo de dois ou mais átomos ligados quimicamente. Os átomos podem ser do mesmo elemento, como O₂, ou de elementos diferentes, como H₂O. A molécula é a unidade mais pequena de um composto covalente que mantém as suas propriedades químicas. Ela é eletricamente neutra, ao contrário de um ião.

As moléculas variam enormemente em tamanho e complexidade. O hidrogénio é a mais pequena, com dois átomos. As proteínas podem conter milhares de átomos. O ADN pode conter milhares de milhões. A forma de uma molécula determina a sua função. A forma de uma proteína determina a que se liga. A forma de um medicamento determina se este se ajusta ao seu alvo. A geometria molecular é descrita pelos comprimentos de ligação, ângulos de ligação e ângulos de torção. O modelo VSEPR prevê formas com base na repulsão eletrónica.

As moléculas são mantidas unidas por ligações covalentes. Podem também interagir entre si através de forças mais fracas: ligações de hidrogénio, interações dipolo-dipolo e forças de dispersão de London. Estas forças intermoleculares determinam os pontos de ebulição, a solubilidade e a atividade biológica. São elas que explicam porque é que a água é líquida à temperatura ambiente e o metano é um gás.

As moléculas são o vocabulário da química. São elas que iniciam e desfazem as reações. São elas que a espectroscopia identifica e que a biologia utiliza. A molécula é a unidade fundamental dos compostos covalentes.