Una molecola è la particella più piccola in un elemento o composto chimico che ha le proprietà chimiche di quell'elemento o composto. Le molecole sono costituite da atomi tenuti insieme da legami chimici. Questi legami si formano come risultato della condivisione o dello scambio di elettroni tra gli atomi. Gli atomi di alcuni elementi si legano prontamente con altri atomi per formare molecole. Esempi di tali elementi sono ossigeno e cloro. Gli atomi di alcuni elementi non si legano facilmente ad altri atomi. Gli esempi sono neon e argon.
Le molecole possono variare notevolmente in termini di dimensioni e complessità. L'elemento elio è una molecola di un atomo. Alcune molecole sono costituite da due atomi dello stesso elemento. Ad esempio, l'O2 è la molecola di ossigeno più comunemente presente nell'atmosfera terrestre; ha due atomi di ossigeno. Tuttavia, in determinate circostanze, gli atomi di ossigeno si legano in triplette (O3), formando una molecola nota come ozono. Altre molecole familiari includono l'acqua, costituita da due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno (H2O), l'anidride carbonica, costituita da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno (CO2), e l'acido solforico, costituito da due atomi di idrogeno, un atomo di zolfo, e quattro atomi di ossigeno (H2 SO4).
Alcune molecole, in particolare alcune proteine, contengono centinaia o addirittura migliaia di atomi che si uniscono in catene che possono raggiungere lunghezze considerevoli. I liquidi contenenti tali molecole a volte si comportano in modo strano. Ad esempio, un liquido può continuare a fuoriuscire da un pallone da cui è stata versata una parte, anche dopo che il pallone è stato riportato in posizione verticale.
Le molecole sono sempre in movimento. In solidi e liquidi, sono imballati strettamente insieme. In un solido, il movimento delle molecole può essere paragonato a una rapida vibrazione. In un liquido, le molecole possono muoversi liberamente tra loro, in una sorta di modo strisciante. In un gas, la densità delle molecole è generalmente inferiore rispetto a un liquido o solido dello stesso composto chimico e si muovono ancora più liberamente che in un liquido. Per un composto specifico in un dato stato (solido, liquido o gas), la velocità del movimento molecolare aumenta all'aumentare della temperatura assoluta.