לימוד המאפיינים הפיזיים של מולקולות. מולקולות בעלות מגוון עשירה בהרבה של מאפיינים כימיים הפיזיות מאשר האטומים מבודד. זהו המיוחס בעיקר מורכבות גדולה יותר של מבנה מולקולרי, בהשוואה של האטומים המרכיבים אותה. מולקולות גם להם מצבי אנרגיה נוספת מכיוון שהם לרטוט; כלומר, גרעיני האטומים המרכיבים אותה בתזזיתיות אודות מיקומם שיווי משקל וסובב בעת unhindered. מצבים אלה לתת לעורר מאפיינים נוספים של spectroscopic, בהשוואה ל אלה של האטום; ספקטרוסקופיה מולקולרית ב האופטי, אינפרא-אדום ואזורי מיקרוגל הוא אחד של כימאי הפיזי פירושו החזקים ביותר של זיהוי והבנה של מבנה מולקולרי. ספקטרוסקופיה מולקולרית נתן גם עליית לשדה בצמיחה של אסטרונומיה מולקולרית.