O número de átomos em uma molécula varia dependendo da molécula específica formada. Como regra geral, uma molécula deve ser composta de pelo menos dois átomos sem uma quantidade máxima de átomos, desde que todos os átomos da molécula estão ligados de alguma forma.
Os átomos que constituem uma molécula podem ser do mesmo elemento ou de tipos diferentes. As moléculas diatômicas são uma classe específica de moléculas que consistem em duas moléculas do mesmo elemento. Se a molécula é composta de átomos de pelo menos dois elementos diferentes, é um composto químico. Normalmente, as moléculas são ligadas entre si por meio de ligações covalentes, em que os átomos ligados entre si compartilham elétrons. Os compostos iônicos, nos quais os átomos são trocadores de elétrons e estão ligados por carga elétrica e atração, geralmente não são considerados moléculas em química.
As moléculas podem ter vários tipos de propriedades e classificações baseadas nos átomos e elementos presentes. Moléculas contendo carbono e hidrogênio são chamadas de compostos orgânicos. Os compostos formados a partir de elementos que apresentam uma diferença significativa em seus valores de eletronegatividade são moléculas polares. As macromoléculas são moléculas grandes biologicamente importantes compostas de vários átomos, alguns contendo mais de 100 átomos.
