Phân tử là 1 nhóm trung hòa điện tích có nhiều hơn 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng các liên kết hóa học. Các phân tử được phân biệt với các ion do thiếu điện tích. Tuy nhiên, trong vật lý lượng tử, hóa học hữu cơ và hóa sinh, thuật ngữ phân tử thường được sử dụng ít nghiêm ngặt hơn, cũng được áp dụng cho các ion đa nguyên tử. Trong lý thuyết động học của chất khí, thuật ngữ phân tử thường được sử dụng cho bất kỳ hạt khí nào bất kể thành phần của nó. Theo định nghĩa này, các nguyên tử khí trơ được coi là các phân tử vì chúng là các phân tử đơn phân tử. Một phân tử có thể là hạt nhân, nghĩa là, nó bao gồm các nguyên tử của một nguyên tố hóa học, như với oxy (O2); hoặc nó có thể là hạt nhân, một hợp chất hóa học bao gồm nhiều hơn một nguyên tố, như với nước (H2O). Các nguyên tử và phức chất được kết nối bởi các tương tác không cộng hóa trị, như liên kết hydro hoặc liên kết ion, thường không được coi là các phân tử đơn lẻ. Các phân tử như là thành phần của vật chất là phổ biến trong các chất hữu cơ (và do đó sinh hóa). Họ cũng chiếm hầu hết các đại dương và bầu khí quyển. Tuy nhiên, phần lớn các chất rắn quen thuộc trên Trái Đất, bao gồm hầu hết các khoáng chất tạo nên lớp vỏ, lớp phủ và lõi Trái Đất, chứa nhiều liên kết hóa học, nhưng không được tạo thành từ các phân tử có thể nhận dạng được. Ngoài ra, không có phân tử điển hình nào có thể được định nghĩa cho tinh thể ion (muối) và tinh thể cộng hóa trị (chất rắn mạng), mặc dù chúng thường bao gồm các tế bào đơn vị lặp lại kéo dài trong một mặt phẳng (như trong graphene) hoặc ba chiều (như trong kim cương, thạch anh, hoặc natri chloride). Chủ đề của cấu trúc đơn vị tế bào lặp đi lặp lại cũng giữ cho hầu hết các pha cô đặc có liên kết kim loại, có nghĩa là kim loại rắn cũng không được tạo ra từ các phân tử. Trong kính (chất rắn tồn tại ở trạng thái rối loạn thủy tinh thể), các nguyên tử cũng có thể được giữ với nhau bằng liên kết hóa học không có sự hiện diện của bất kỳ phân tử có thể xác định nào, cũng không có bất kỳ sự đều đặn nào của các đơn vị lặp lại đặc trưng cho tinh thể. Khái niệm phân tử lần đầu được giới thiệu vào năm 1811 bởi Avogadro, sự tồn tại của các phân tử vẫn là một đề tài tranh cãi sôi nổi trong cộng đồng hoá học, cho tới khi năm 1911, khi Perrin công khai các kết quả nghiên cứu của mình. Thuyết phân tử hiện đại đã mang đến nhiều ứng dụng trong tính toán, là cơ sở để hình thành nên ngành hóa học tính toán đương thời.