分子结构，或称分子立体结构、分子形状、分子几何，创建在光谱学数据之上，用以描述分子中原子的三维排列方式。分子结构在很大程度上影响了化学物质的反应性、极性、相态、颜色、磁性和生物活性。

分子结构最好在接近绝对零度的温度下测定，因为随着温度升高，分子转动也增加。量子力学和半实验的分子模拟计算可以得出分子形状，固态分子的结构也可通过X射线晶体学测定。体积较大的分子通常以多个稳定的构象存在，势能面中这些构象之间的能垒较高。

分子结构涉及原子在空间中的位置，与键结的化学键种类有关，包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。

Molecular geometry is the three-dimensional arrangement of the atoms that constitute a molecule. It determines several properties of a substance including its reactivity, polarity, phase of matter, color, magnetism, and biological activity. The angles between bonds that an atom forms depend only weakly on the rest of molecule, i.e. they can be understood as approximately local and hence transferable properties.