Molekularna kemija je kemija molekul, ki pokriva večino kemije kot celote. Molekule so sestavljene iz različnih kombinacij atomov, temeljnih gradnikov vsega okoli nas. Na Zemlji se naravno pojavlja 92 elementov, poleg 25 umetnih elementov, ki nastajajo v majhnih količinah v pospeševalnikih delcev in jedrskih reaktorjih. Od 92 naravnih elementov različne razporeditve 12 predstavljajo 99 % vseh kamnin in tal, medtem ko razporeditve 5 predstavljajo 99.97 % atmosfere. Druge elemente najdemo v sledovih, običajno en del na milijon ali manj.
Osnove molekularne kemije temeljijo na lastnostih atomov, imenovanih valenca. Vsak atom je sestavljen iz majhnih delcev, imenovanih elektroni, ki krožijo okoli jedra, sestavljenega iz delcev, imenovanih protoni in nevtroni. Ti elektroni krožijo v “lupinah”, ki jih označujejo zakoni fizike – prva lupina ima kapaciteto dva elektrona, druga ima kapaciteto 6, tretja 10, četrta 14, peta 18, šesta 22 in sedmi 26.
Če ima atom “premalo” elektronov, tako da ima njegova najbolj oddaljena elektronska lupina (znana tudi kot orbitala) več ali manj kot osem elektronov, se “želi” znebiti elektronov ali jih pridobiti z vezavo z drugim atomom. Težnja, da bi »želeli« osem elektronov v najbolj oddaljeni lupini, enako število, kot ga najdemo v žlahtnih plinih, kot je helij (najbolj stabilni elementi), se imenuje oktetno pravilo, osnovno dejstvo molekularne kemije. Te sile narekujejo zakoni elektromagnetizma.
Za vizualizacijo molekularne kemije je tukaj primer. Običajna molekula je sol, NaCl ali natrijev klorid. Sol je sestavljena iz dveh atomov, ki sta medsebojno vezana v atomsko vez. Natrijeva najbolj oddaljena elektronska lupina ima samo en elektron, vendar ima kapaciteto deset. Najbolj oddaljena klorova lupina ima sedem elektronov, vendar ima kapaciteto deset. Ko se oba povežeta skupaj, dobita osem elektronov v svoji kolektivni najbolj oddaljeni lupini, kar izpolnjuje oktetno pravilo. Oktetno pravilo je izpolnjeno v neštetih molekulah. Te vezi je mogoče enostavno predstaviti v slikah z uporabo Lewisovih pik diagramov.
Ko se atomi združijo v stabilne strukture, tvorijo molekule, ki jih imenujemo tudi spojine. Čiste spojine ali mešanice spojin z enotnimi lastnostmi imenujemo snov. Spojine v snovi lahko medsebojno delujejo z drugimi spojinami, kar povzroči situacije, imenovane kemične reakcije. Kemične reakcije se nenehno odvijajo povsod okoli nas, zlasti v naših telesih, ki so pravi kotli kemičnih reakcij. Ko jemo hrano, je to, da svojemu telesu zagotovimo molekule, ki so lahko podvržene kemičnim reakcijam, da sprostijo energijo za svoje delovanje.