Phân tử là 1 loại hạt có nhiều hơn 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết hóa học. Nguyên tử của phân tử có thể từ một nguyên tố (đơn chất, ví dụ: O2, H2, P4, ...) hay nhiều nguyên tố hóa học (hợp chất, như H2O, NH3, CaCO3, ...).
Phân tử là phần tử nhỏ nhất của một chất hóa học tinh khiết mà vẫn còn giữ được thành phần hợp chất hóa học cùng với các tính chất của hợp chất này . Ngành khoa học nghiên cứu về các phân tử bao gồm hóa học phân tử và vật lý phân tử. Hóa học phân tử quan tâm đến các định luật chi phối sự tương tác giữa các phân tử, nó ảnh hưởng đến sự hình thành hay phá vỡ các liên kết hóa học, trong khi vật lý phân tử quan tâm đến các định luật chi phối cấu trúc và tính chất của chúng. Trên thực tế, không phải lúc nào cũng tách biệt được 2 ngành khoa học này. 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 luận sôi nổi trong cộng đồng hoá học, cho tới năm 1911, khi Perrin công bố 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.
Kích thước phân tử thường được đo bằng Ångström Å, ví dụ phân tử H2 có kích thước 74 pico mét hay 0,74 Å.
