La molécula es un grupo eléctricamente neutro y suficientemente estable de al menos dos átomos en una configuración definida, unidos por enlaces químicos fuertes. Los átomos que forman las moléculas pueden ser iguales (como ocurre con la molécula de oxígeno, que cuenta con dos átomos de oxígeno) o distintos (la molécula de agua, por ejemplo, tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno). La palabra molécula deriva del latín molecula, que es un diminutivo de la palabra moles, 'masa'.

Existe un concepto antiguo que dice que la molécula es la parte más pequeña de una sustancia que conserva su composición y sus propiedades químicas. Sin embargo, se sabe hoy que las propiedades químicas de una sustancia no están determinadas por una molécula aislada, sino por un conjunto mínimo de estas.

La diferencia de una molécula respecto a los iones poliatómicos radica en que la molécula es eléctricamente neutra, en cambio, los iones tienen carga positiva o negativa. Otro concepto relacionado al de molécula es el compuesto químico, que puede tratarse de una molécula, pero no todas las moléculas son compuestos químicos. Un compuesto químico es una sustancia formada por la combinación química de dos o más elementos distintos de la tabla periódica, y pueden estar formados por moléculas o iones con enlaces estables.

Hay muchas sustancias conocidas que no son moleculares en su estructura, como las sales, los metales, las redes cristalinas, la mayoría de los vidrios, y los gases nobles

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