Phân tử diatomic là một nhóm bền vững của hai nguyên tử được nối với nhau bằng các liên kết hóa học. Các phân tử diatomic bao gồm cùng một nguyên tố được gọi là nguyên tố diatomic. Có năm nguyên tố tảo cát tồn tại dưới dạng khí ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn: hydro, nitơ, oxy, flo và clo.
Ngoài ra, ở nhiệt độ cao, brom và iot cũng tồn tại dưới dạng các nguyên tố tảo cát. Theo lý thuyết, Astatine, chất nặng nhất trong số các halogen, có thể tạo thành phân tử tảo cát, nhưng điều này chưa được xác nhận.
Hợp chất nguyên tử là hai phân tử nguyên tử với các nguyên tố khác nhau. Một số ví dụ bao gồm carbon monoxide, nitric oxide, silicon monoxide và hydro clorua. Phân tử diatomic là loại hợp chất phong phú nhất trong vũ trụ.
