En química, una molècula (del nou llatí molecula, que és un diminutiu del mot moles, 'massa') és un grup elèctricament neutre i suficientment estable d'almenys dos àtoms en una configuració definida, units per enllaços químics forts (covalents o enllaç iònic).[1][2][3][4][5][6] En aquest estricte sentit, les molècules es diferencien dels ions poliatòmics. En la química orgànica i la bioquímica, el terme “molècula” s'utilitza de manera menys estricta i s'aplica també als compostos orgànics (molècules orgàniques) i a les biomolècules.

Representació esquemàtica dels àtoms (boles negres) i els enllaços moleculars (barres blanques) d'una molècula de C60, és a dir, un compost format per seixanta àtoms de carboni

Abans, hom definia la molècula de manera menys general i precisa, com la més petita part d'una substància que podia tenir existència independent i estable conservant encara les seves propietats fisicoquímiques. D'acord amb aquesta definició, podien existir molècules monoatòmiques. En la teoria cinètica dels gasos, el terme molècula s'aplica a qualsevol partícula gasosa amb independència de la seva composició. D'acord amb aquesta definició, els àtoms d'un gas noble es considerarien molècules tot i que es componen d'àtoms no enllaçats.[7]

Una molècula pot consistir en diversos àtoms d'un únic element químic, com en el cas de l'oxigen diatòmic (), o de diferents elements, com en el cas de l'aigua (). Els àtoms i complexos units per enllaços no covalents com els enllaços d'hidrogen o els enllaços iònics no s'acostumen a considerar com a molècules individuals.

Les molècules com a components de la matèria són comunes en les substàncies orgàniques (i per tant en la bioquímica). També conformen la major part dels oceans i de l'atmosfera. Però, un gran nombre de substàncies sòlides familiars, que inclouen la major part dels minerals que componen l'escorça, el mantell i el nucli de la Terra, contenen molts enllaços químics, però no estan formats per molècules. Cap de les molècules típiques no pot estar formada per cristalls iònics (sals) o per cristalls covalents, encara que sovint estan compostos per cel·les unitàries que es repeteixen, ja sigui en un pla (com en el grafit) o en tres dimensions (com en el diamant o el clorur de sodi). Aquest sistema de repetir una estructura unitària diverses vegades també és vàlida per a la majoria de les fases condensades de la matèria, com els enllaços metàl·lics. En el vidre (sòlids que presenten un estat vitri desordenat), els àtoms també poden estar units per enllaços químics sense que es pugui identificar cap mena de molècula, però també sense la regularitat de la repetició d'unitats que caracteritza els cristalls.