O estudo das propriedades físicas de moléculas. Moléculas possuem uma variedade de propriedades físicas e químicas muito mais rica do que os átomos isolados. Isso é atribuível principalmente para a maior complexidade da estrutura molecular, como comparação com a dos átomos constituintes. Moléculas também possuem modos de energia adicional, porque eles podem vibrar; ou seja, os núcleos constitutivos oscilam sobre suas posições de equilíbrio e giram quando sem obstáculos. Esses modos dão origem a propriedades espectroscópicas adicionais, em comparação com os de um átomo; espectroscopia molecular na ótica, infravermelho e microondas regiões é um dos meios mais poderosos para do físico-químico de identificar e compreender a estrutura molecular. Espectroscopia de Molecular também deu origem ao campo de rápido crescimento da astronomia molecular.