Molekularna kemija je kemija molekula, koja pokriva većinu kemije u cjelini. Molekule se sastoje od raznih kombinacija atoma, temeljnih građevnih blokova svega oko nas. Postoje 92 elementa koji se prirodno javljaju na Zemlji, uz 25 umjetnih elemenata, koji se stvaraju u malim količinama u akceleratorima čestica i nuklearnim reaktorima. Od 92 prirodna elementa, različiti rasporedi 12 čine 99% svih stijena i tla, dok rasporedi 5 čine 99.97% atmosfere. Ostali elementi nalaze se u tragovima, obično jedan dio na milijun ili manje.
Osnove molekularne kemije temelje se na kvalitetama atoma zvanim valencija. Svaki atom se sastoji od malih čestica zvanih elektroni koji kruže oko jezgre sastavljene od čestica zvanih protoni i neutroni. Ovi elektroni kruže u orbiti “ljuske” označene zakonima fizike – prva ljuska ima kapacitet od dva elektrona, druga ima kapacitet od 6, treća 10, četvrta 14, peta 18, šesta 22 i sedmi 26.
Ako atom ima “premalo” elektrona, tako da njegova najudaljenija elektronska ljuska (također poznata kao orbitala) ima više ili manje od osam elektrona, on se “želi” ili riješiti elektrona ili ih dobiti povezivanjem s drugim atomom. Tendencija da se “želi” osam elektrona u najudaljenijoj ljusci, isti broj koji se nalazi u plemenitim plinovima poput helija (najstabilniji elementi), naziva se oktetnim pravilom, osnovnom činjenicom molekularne kemije. Te sile diktiraju zakoni elektromagnetizma.
Za vizualizaciju molekularne kemije, evo primjera. Uobičajena molekula je sol, NaCl ili natrijev klorid. Sol se sastoji od dva atoma spojena jedan s drugim u atomsku vezu. Natrijeva najudaljenija elektronska ljuska ima samo jedan elektron, ali ima kapacitet za deset. Klorova najudaljenija ljuska ima sedam elektrona, ali ima kapacitet za deset. Kada se njih dvoje povežu zajedno, dobiju osam elektrona u svojoj zajedničkoj najudaljenijoj ljusci, zadovoljavajući pravilo okteta. Pravilo okteta ispunjeno je u bezbroj molekula. Te se veze lako mogu prikazati na slikama pomoću Lewisovih dijagrama točaka.
Kada se atomi spoje u stabilne strukture, tvore molekule, koje se također nazivaju spojevima. Čisti spojevi ili smjese spojeva s ujednačenim svojstvima nazivaju se tvari. Spojevi u tvari mogu komunicirati s drugim spojevima, što dovodi do situacija koje se nazivaju kemijske reakcije. Kemijske reakcije neprestano se odvijaju svuda oko nas, posebno u našim tijelima, koja su pravi kotlovi kemijskih reakcija. Kada jedemo hranu, to je da opskrbimo naše tijelo molekulama koje mogu podvrgnuti kemijskim reakcijama kako bi oslobodile energiju za svoje djelovanje.