Изучаването на физическите свойства на молекули. Молекули притежават далеч по-богати различни физични и химични свойства на отколкото изолирани атоми. Това се дължи главно на по-голямата сложност на молекулярната структура, в сравнение с тази на съставните атомите. Молекули също притежават допълнителни енергия режими, защото те могат да вибрира; т. е, съставните ядрата колебае около своите равновесни положения колебанията и завъртане, когато unhindered. Тези режими, пораждат допълнителни спектроскопско свойства, в сравнение с тези на атом; молекулярно спектроскопия в оптичния, инфрачервен и микровълнова региони е един от най-мощните средства на физическите химик за идентифициране и разбиране на молекулярната структура. Молекулярната спектроскопия също е дало повод за бързо разрастващия областта на молекулярна астрономия.