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化学上，分子是物质组成的一种基本单位名称。數學上，如果將分數看作除式，被除數也被稱作分子。分子亦表示具有某种性质的人，如恐怖分子。
分子是能單獨存在、並保持純物質的化學性質的最小粒子。
一個分子是由多個原子在共價鍵中透過共用電子連接一起而形成。它可以由相同化學元素的原子組成，如氧氣 O₂；也可以是不同的元素，如水分子 H₂O。抽象地，一个單一原子也可當作是一分子（單原子分子），但在實際使用時，“分子”指的通常是多個原子的化學化合物。
原子在某一元素的分子內的數目叫作該元素的原子數。
在氣体元素中，氫（H₂）、氮（N₂）、氧（O₂）、氟（F₂）和氯（Cl₂）的原子數是2。稀有气体（如氬 Ar）是1。固体元素中，黃磷（P₄）原子數是4，硫（S₈）的是8。所以，氬（Ar）是單原子，氧氣（O₂）是雙原子的，臭氧（O₃）則是三原子的。
由分子組成的物質叫分子化合物。
大部分的分子太细小，无法用肉眼看见，但也有例外，如DNA——高分子化合物的一种。

實驗式
分子的一个特徵就是組成化合物的元素比例總是整數。例如，純水中氫和氧的比例總是2:1，乙醇中碳、氫、和氧總是以2:6:1的比例組合。利用各種元素的比例和化學符號就可以組成分子的實驗式。但是單憑實驗式是無法決定分子的類別——如乙烯的實驗式就與丙烯一樣（同是CH₂），儘管這兩個分子的原子數或質量都不同。

化學式
要反映分子中各種原子的真實數量，就要利用化學式。例如乙烯和丙烯的化學式分別為C₂H₄和C₃H₆。
但化學式相同並不代表兩個分子是一樣的物質，因為分子中原子的排列和組合，亦即分子的結構，也是決定分子性質的要素。同樣的原子但排列不同的分子叫同分異構體。同分異構體有同一化學公式但因不同結構的關係有不同的特質。立體異構體是一種特別的異構體，它們可以有很相似的物理及化學性質，而同時有十分不同的生物化學性質。
由量子力學的定律的演算，分子有固定的平衡几何狀態——鍵的長度和之間的角度。純物質都是由相同几何結構的分子組合而成的。分子的化學式和結構是決定它的特質，尤其是它的化學活性的兩要素。