อะตอมประกอบด้วยนิวเคลียสเดี่ยวที่มีประจุบวกล้อมรอบด้วยเมฆอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ เมื่ออะตอมเข้าใกล้กัน เมฆอิเล็กตรอนจะมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันและกับนิวเคลียส ถ้าอันตรกิริยานี้ทำให้พลังงานทั้งหมดของระบบลดลง อะตอมจะจับกันเป็นโมเลกุล ดังนั้น จากมุมมองของโครงสร้าง โมเลกุลประกอบด้วยการรวมตัวของอะตอมที่จับกันด้วยแรงวาเลนซ์ โมเลกุล ไดอะตอมประกอบด้วยสองอะตอมที่มีพันธะเคมี ถ้าอะตอมทั้งสองเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น โมเลกุลออกซิเจน (O2) จะประกอบกันเป็นโมเลกุลไดอะตอมแบบโฮโมนิวเคลียร์ ในขณะที่หากอะตอมต่างกัน เช่น ในโมเลกุลของคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) ก็จะประกอบกันเป็นไดอะตอมแบบเฮเทอโรนิวเคลียร์ โมเลกุล โมเลกุลที่มีมากกว่าสองอะตอมเรียกว่าโมเลกุลหลายอะตอม เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำ (H2O) โมเลกุลของโพลิเมอร์อาจมีอะตอมของส่วนประกอบมากมายหลายพันอะตอม