Molekula (latinsky moles, česky malá jednotka hmotnosti) je částice látky tvořená dvěma nebo více stejnými nebo různými atomy, které jsou mezi sebou vázány chemickou vazbou. Poloha atomů v molekule a typ spojení mezi nimi je přesně definováno. Všechny molekuly téže látky mají stejné chemické vlastnosti.
Molekula je nejmenší částice dané čisté látky a má stanovitelnou molekulovou hmotnost. Určuje zároveň fyzikální vlastnosti látky obsažené v částici a představuje minimální množství dané látky, jež vstupuje do chemické reakce. Molekula je proto velmi důležitým pojmem v chemii.
Nejčastěji jsou molekuly definovány jako elektricky neutrální částice složené ze dvou nebo více atomů. Mohou být složeny z atomů o stejném protonovém čísle, potom se jedná o molekuly prvků a nazývají se homonukleární (molekuly kyslíku O2). Nebo jsou složeny z atomů o různém protonovém čísle a pak jsou to molekuly sloučenin a nazývají se heteronukleární (molekula vody H2O).
Molekuly jsou základní stavební kameny látek a většina z nich je příliš malá na to, aby byla vidět pouhým okem. Nejmenší je molekula vodíku H2 (0,15 nanometru nebo 1,5 Å). Makroskopické velikosti dosahují makromolekuly, které jsou důležité pro biologické procesy (například bílkoviny, nukleové kyseliny, polysacharidy). Příkladem uměle vyrobených makromolekul jsou syntetická vlákna.
Jako první použil slovo molekula Amedeo Avogadro. Studiem molekul se zabývali i další vědci jako Robert Boyle, Jean Perrin, Linus Pauling a další. V současnosti se molekulami zabývají zejména molekulová fyzika (včetně kinetické teorie plynů) a chemie (v mnoha svých oborech, počínaje fyzikální chemií až po mnohé aplikační obory).