Uma molécula é a menor partícula de um elemento químico ou composto que tem as propriedades químicas desse elemento ou composto. As moléculas são constituídas por átomos que são mantidos juntos por ligações químicas. Estas ligações formam-se como resultado da partilha ou troca de electrões entre os átomos. Os átomos de certos elementos ligam-se prontamente com outros átomos para formar moléculas. Exemplos de tais elementos são o oxigénio e o cloro. Os átomos de alguns elementos não se ligam facilmente a outros átomos. Exemplos são neon e argon.
Moléculas podem variar muito em tamanho e complexidade. O elemento hélio é uma molécula de um átomo. Algumas moléculas consistem em dois átomos do mesmo elemento. Por exemplo, o O2 é a molécula de oxigênio mais comumente encontrada na atmosfera terrestre; ele tem dois átomos de oxigênio. No entanto, sob certas circunstâncias, os átomos de oxigénio ligam-se em trigémeos (O3), formando uma molécula conhecida como ozono. Outras moléculas familiares incluem água, consistindo de dois átomos de hidrogênio e um átomo de oxigênio (H2O), dióxido de carbono, consistindo de um átomo de carbono ligado a dois átomos de oxigênio (CO2), e ácido sulfúrico, consistindo de dois átomos de hidrogênio, um átomo de enxofre, e quatro átomos de oxigênio (H2 SO4).
Algumas moléculas, notadamente certas proteínas, contêm centenas ou até milhares de átomos que se juntam em cadeias que podem atingir comprimentos consideráveis. Líquidos que contêm tais moléculas às vezes se comportam de forma estranha. Por exemplo, um líquido pode continuar a sair de um frasco do qual parte dele foi derramado, mesmo depois que o frasco é devolvido a uma posição vertical.
Moléculas estão sempre em movimento. Em sólidos e líquidos, elas são empacotadas bem juntas. Em um sólido, o movimento das moléculas pode ser comparado à vibração rápida. Num líquido, as moléculas podem mover-se livremente entre si, de uma espécie de slithering. Num gás, a densidade das moléculas é geralmente inferior à de um líquido ou sólido do mesmo composto químico, e elas movem-se ainda mais livremente do que num líquido. Para um composto específico num dado estado (sólido, líquido ou gás), a velocidade do movimento molecular aumenta à medida que a temperatura absoluta aumenta.