Số lượng nguyên tử trong phân tử thay đổi tùy thuộc vào phân tử cụ thể được tạo thành. Theo quy tắc chung, phân tử phải được cấu tạo từ ít nhất hai nguyên tử với số lượng nguyên tử tối đa miễn là tất cả các nguyên tử trong phân tử được liên kết với nhau bằng cách nào đó.
Các nguyên tử tạo nên phân tử có thể cùng nguyên tố hoặc khác loại. Phân tử nguyên tử là một loại phân tử cụ thể bao gồm hai phân tử của cùng một nguyên tố. Nếu phân tử được cấu tạo bởi các nguyên tử của ít nhất hai nguyên tố khác nhau thì nó là một hợp chất hóa học. Thông thường, các phân tử được liên kết với nhau thông qua liên kết cộng hóa trị, trong đó các nguyên tử liên kết với nhau chia sẻ các electron. Các hợp chất ion, trong đó các nguyên tử là các điện tử trao đổi và được liên kết với nhau bằng điện tích và lực hút, thường không được coi là phân tử trong hóa học.
Các phân tử có thể có một số loại tính chất và phân loại dựa trên các nguyên tử và nguyên tố có mặt. Các phân tử chứa cacbon và hydro được gọi là các hợp chất hữu cơ. Các hợp chất được tạo thành từ các nguyên tố có sự khác biệt đáng kể về giá trị độ âm điện của chúng là các phân tử có cực. Đại phân tử là những phân tử lớn quan trọng về mặt sinh học bao gồm một số nguyên tử với một số chứa hơn 100 nguyên tử.
