Molekulinė chemija – tai molekulių chemija, apimanti didžiąją dalį visos chemijos. Molekulės sudarytos iš įvairių atomų derinių, kurie yra pagrindiniai visko, kas mus supa, statybiniai blokai. Natūraliai Žemėje yra 92 elementai, be 25 dirbtinių elementų, kurių nedideli kiekiai sukuriami dalelių greitintuvuose ir branduoliniuose reaktoriuose. Iš 92 natūralių elementų įvairūs 12 elementų išdėstymai sudaro 99% visų uolienų ir dirvožemio, o 5 – 99.97% atmosferos. Kitų elementų randama nedideliais kiekiais, dažniausiai viena milijono dalis ar mažiau.
Molekulinės chemijos pagrindai yra pagrįsti atomų savybėmis, vadinamomis valentingumu. Kiekvienas atomas susideda iš mažų dalelių, vadinamų elektronais, skriejančių aplink branduolį, sudarytą iš dalelių, vadinamų protonais ir neutronais. Šių elektronų orbita yra „apvalkalai“, nurodyti pagal fizikos dėsnius – pirmasis apvalkalas turi du elektronus, antrasis – 6, trečias – 10, ketvirtas – 14, penktas – 18, šeštas – 22 ir septintas 26.
Jei atomas turi „per mažai“ elektronų, todėl jo atokiausias elektronų apvalkalas (taip pat žinomas kaip orbita) turi daugiau ar mažiau nei aštuonis elektronus, jis „nori“ arba atsikratyti elektronų, arba įgyti juos susijungdamas su kitu atomu. Tendencija „norėti“ aštuonių elektronų atokiausiame apvalkale, tiek pat, kiek randama tauriosiose dujose, tokiose kaip helis (stabiliausi elementai), vadinama okteto taisykle, pagrindiniu molekulinės chemijos faktu. Šias jėgas diktuoja elektromagnetizmo dėsniai.
Norėdami įsivaizduoti molekulinę chemiją, pateikiame pavyzdį. Įprasta molekulė yra druska, NaCl arba natrio chloridas. Druska susideda iš dviejų atomų, sujungtų vienas su kitu atominiu ryšiu. Tolimiausias natrio elektronų apvalkalas turi tik vieną elektroną, tačiau jo talpa yra dešimt. Tolimiausias chloro apvalkalas turi septynis elektronus, bet talpa dešimt. Kai jiedu susijungia, jų kolektyviniame atokiausiame apvalkale jie gauna aštuonis elektronus, atitinkančius okteto taisyklę. Aštuoneto taisyklė įvykdyta daugybėje molekulių. Šios jungtys gali būti lengvai pavaizduotos nuotraukose naudojant Lewiso taškines diagramas.
Kai atomai susijungia į stabilias struktūras, jie sudaro molekules, kurios dar vadinamos junginiais. Gryni junginiai arba junginių mišiniai, turintys vienodas savybes, vadinami medžiaga. Medžiagoje esantys junginiai gali sąveikauti su kitais junginiais, sukeldami situacijas, vadinamas cheminėmis reakcijomis. Cheminės reakcijos nuolat vyksta aplink mus, ypač mūsų kūnuose, kurie yra tikri cheminių reakcijų katilai. Kai valgome maistą, tai yra, kad mūsų kūnas aprūpintų molekules, kurios gali reaguoti į chemines reakcijas, kad išlaisvintų energiją jo veikimui.