Molekulārā ģeometrija ir termins, kas apraksta molekulas trīsdimensiju formu, ņemot vērā vientuļo pāru un saistīto atomu skaitu, kas ieskauj centrālo atomu. Nosakot elektronu pāru ģeometriju, tiek izmantoti jebkuri vientuļi pāri — nesaistīti elektronu pāri, un tie jāņem vērā molekulas formā, jo tie atgrūž saistītos elektronu pārus. Šī atgrūšanās starp elektroniem ir tas, kas ietekmē leņķus starp saistītajiem atomiem un jebkuriem vientuļajiem pāriem, kas ieskauj centrālo atomu. Šie leņķi, nevis centrālajam atomam piesaistīto atomu skaits, nosaka kovalenti saistīto molekulu molekulāro ģeometriju. Diagrammas, kurās salīdzina elektronu pāru ģeometriju un molekulāro ģeometriju, parasti tiek izmantotas, lai parādītu vientuļo pāru ietekmi uz molekulas formu, jo molekulām, kurās nav vientuļo pāru, ir vienāda molekulārā un elektronu pāru ģeometrija.
Paredzot molekulas formu, tiek izmantota vienkārša teorija par to, kā elektroni uzvedas. Valences apvalka elektronu pāru atbaidīšanas (VSEPR) teorija apgalvo, ka saistītie un vientuļie valences elektronu pāri izvietosies tik tālu viens no otra, cik vien iespējams. Izmantojot šo teoriju, var precīzi noteikt vienkāršu molekulāro savienojumu ģeometrisko formu. Citas metodes, piemēram, rentgena kristalogrāfija, ir nepieciešamas, lai aprakstītu sarežģītu organisko molekulu formu, tostarp ģenētisko materiālu un proteīnus.
Vienkāršākajā molekulā ir viens centrālais atoms ar diviem papildu atomiem, kas saistīti ar to. Saskaņā ar VSEPR teoriju abi saistītie atomi novietosies pēc iespējas tālāk viens no otra, kā rezultātā veidojas lineāra molekulāra forma. Leņķi starp saitēm ir 180 grādi. Kovalenti saistītām molekulām ar trim atomiem, kas ieskauj centrālo atomu, un nav vientuļu pāru, ir trigonāla plakana forma. Šai molekulai ir 120 grādu leņķi starp trim pievienotajiem atomiem, un tā atrodas vienā plaknē.
Lai katru saistīto atomu novietotu pēc iespējas tālāk, molekulai ar četriem atomiem, kas ieskauj centrālo atomu un nav vientuļu pāru, ir tetraedriska forma. Katrs saites leņķis ir 109.5 grādi, veidojot tetraedru ar centrālo atomu iekšpusē. Tādā pašā veidā, katram papildu atomam, kas saistīts ar centrālo atomu, forma mainās, kad saistītie atomi attālinās viens no otra. Ar vientuļo pāru klātbūtni mainās atoma molekulārā ģeometrija, jo vientuļais pāris arī iedarbojas uz atgrūšanos. Molekulai ar trim atomiem un vienu vientuļo pāri, kas ieskauj centrālo atomu, būs trigonāla piramīdas forma, centrālais atoms atrodas piramīdas augšpusē un trīs pievienotie atomi, ko vientuļais pāris nospiež pozīcijā zem centrālā atoma.