İki hidrojen atomu ve bir oksijen atomu bir araya gelerek suyu oluşturur. Bu bir moleküldür; kimyasal olarak birbirine bağlanmış iki veya daha fazla atomdan oluşan bir gruptur. Atomlar aynı elementten (örneğin O2) veya farklı elementlerden (örneğin H2O) olabilir. Molekül, kimyasal özelliklerini koruyan kovalent bir bileşiğin en küçük birimidir. İyonun aksine elektriksel olarak nötrdür.

Moleküller boyut ve karmaşıklık bakımından son derece çeşitlilik gösterir. Hidrojen, iki atomuyla en küçüğüdür. Proteinler binlerce atom içerebilir. DNA milyarlarca atom içerebilir. Bir molekülün şekli işlevini belirler. Bir proteinin şekli, neye bağlandığını belirler. Bir ilacın şekli, hedefine uyup uymadığını belirler. Moleküler geometri, bağ uzunlukları, bağ açıları ve burulma açıları ile tanımlanır. VSEPR modeli, elektron itmesine dayanarak şekilleri tahmin eder.

Moleküller kovalent bağlarla bir arada tutulur. Ayrıca hidrojen bağları, dipol-dipol etkileşimleri ve London dağılım kuvvetleri gibi daha zayıf kuvvetler aracılığıyla da birbirleriyle etkileşime girebilirler. Bu moleküller arası kuvvetler kaynama noktalarını, çözünürlüğü ve biyolojik aktiviteyi belirler. Suyun oda sıcaklığında sıvı, metanın ise gaz olmasının nedeni de budur.

Moleküller kimyanın temel dilidir. Reaksiyonların oluşturduğu ve bozduğu şeylerdir. Spektroskopinin tanımladığı ve biyolojinin kullandığı şeylerdir. Molekül, kovalent bileşiklerin temel birimidir.