Molekulārā ķīmija ir molekulu ķīmija, kas aptver lielāko daļu ķīmijas kopumā. Molekulas veido dažādas atomu kombinācijas, kas ir visa apkārtējā pamatelementi. Ir 92 elementi, kas dabiski sastopami uz Zemes, papildus 25 mākslīgajiem elementiem, kas tiek radīti nelielos daudzumos daļiņu paātrinātājos un kodolreaktoros. No 92 dabas elementiem dažādi 12 elementu izvietojumi veido 99% no visiem akmeņiem un augsnes, savukārt 5 veidojumi veido 99.97% atmosfēras. Citi elementi ir atrodami nelielā daudzumā, parasti viena miljonā daļa vai mazāk.
Molekulārās ķīmijas pamati ir balstīti uz atomu īpašībām, ko sauc par valenci. Katrs atoms sastāv no mazām daļiņām, ko sauc par elektroniem, kas riņķo ap kodolu, kas sastāv no daļiņām, ko sauc par protoniem un neitroniem. Šo elektronu orbītā ir “čaulas”, ko nosaka fizikas likumi — pirmajā apvalkā ir divi elektroni, otrajam ir 6, trešajam 10, ceturtajam 14, piektajam 18, sestajam 22 un septītais 26.
Ja atomam ir “pārāk maz” elektronu, tātad tā tālākajā elektronu apvalkā (pazīstams arī kā orbitāle) ir vairāk vai mazāk par astoņiem elektroniem, tas “vēlas” vai nu atbrīvoties no elektroniem, vai iegūt tos, savienojoties ar citu atomu. Tendenci “vēlēties” astoņus elektronus visattālākajā apvalkā, tādu pašu skaitu, kāds ir cēlgāzēs, piemēram, hēlijā (stabilākajiem elementiem), sauc par okteta likumu, kas ir molekulārās ķīmijas pamatfakts. Šos spēkus nosaka elektromagnētisma likumi.
Lai vizualizētu molekulāro ķīmiju, šeit ir piemērs. Izplatīta molekula ir sāls, NaCl vai nātrija hlorīds. Sāls sastāv no diviem atomiem, kas savienoti viens ar otru atomu saitē. Nātrija attālākajā elektronu apvalkā ir tikai viens elektrons, bet tam ir desmit ietilpība. Hlora tālākajā apvalkā ir septiņi elektroni, bet ietilpība ir desmit. Kad abi savienojas, tie iegūst astoņus elektronus savā kolektīvajā visattālākajā apvalkā, kas atbilst okteta likumam. Okteta noteikums ir izpildīts neskaitāmās molekulās. Šīs saites var viegli attēlot attēlos, izmantojot Lūisa punktu diagrammas.
Kad atomi apvienojas stabilās struktūrās, tie veido molekulas, kuras sauc arī par savienojumiem. Tīrus savienojumus vai savienojumu maisījumus ar vienādām īpašībām sauc par vielu. Vielā esošie savienojumi var mijiedarboties ar citiem savienojumiem, izraisot situācijas, ko sauc par ķīmiskām reakcijām. Ķīmiskās reakcijas pastāvīgi notiek mums visapkārt, īpaši mūsu ķermeņos, kas ir īsts ķīmisko reakciju katls. Kad mēs ēdam pārtiku, tas ir paredzēts, lai nodrošinātu mūsu ķermeni ar molekulām, kas var iziet ķīmiskas reakcijas, lai atbrīvotu enerģiju tā darbībai.