Uma molécula é um grupo eletricamente neutro que possui pelo menos dois átomos, todos ligados entre si mediante uma ligação covalente. Isto exclui todos os metais, que se constituem por inúmeros átomos de um único elemento, todos ligados entre si mediante a ligação metálica e também todas as substâncias cujos átomos ligam-se mediante ligação iônica formando um agregado iônico e não moléculas, como o sal de cozinha, da lista de substâncias moleculares. A presença de um único átomo ligado via ligação iônica à estrutura impede que a mesma seja classificada como molécula, mesmo que os demais elementos ligados para formá-la o façam via ligações covalentes. Fora da lista encontram-se também, de forma evidente, as substâncias simples constituídas por elementos da coluna 8A (gases nobres), já que estas só possuem átomos não ligados uns aos outros em sua estrutura, ou quando em estado sólido (em temperaturas próximas ao zero absoluto), têm estes fracamente ligados entre si via atrações elétricas resultante de dipolos elétricos mutuamente induzidos, ligação em muito similar à iônica.

Rigorosamente, uma molécula corresponde a uma união entre dois ou mais átomos que, em termos de diagramas energéticos (energia potencial U em função da separação espacial de seus átomos), é representada por uma depressão suficiente para confinar pelo menos um estado vibracional (um estado ligante).