L'étude des propriétés physiques des molécules. Molécules possèdent une diversité beaucoup plus riche de propriétés physiques et chimiques que les atomes isolés. C'est attribuable principalement à la plus grande complexité de la structure moléculaire, comparativement à celle des atomes constitutifs. Molécules possèdent également des modes d'énergie supplémentaire parce qu'ils peuvent vibrer ; c'est les noyaux constitutifs oscillent sur leurs positions d'équilibre et pivotent lorsque sans entrave. Ces modes donnent lieu aux propriétés spectroscopiques supplémentaires, comparativement à ceux d'un atome ; spectroscopie moléculaire dans l'optique, infrarouge et régions de micro-ondes est un plus puissant moyen du chimiste d'identifier et de comprendre la structure moléculaire. Spectroscopie moléculaire de a donné lieu au champ en croissance rapide de l'astronomie moléculaire.