Os átomos não mantêm uma posição fixa nas moléculas, mas apresentam pequenas variações de posição devido a vibraçõs moleculares. A forma como os átomos de uma molécula estão distribuídos espacialmente afeta muitas das propriedades das substãncias, como por exemplo a reatividade, a polaridade, o estado físico, a cor e a atividade biológica. A geometria molecular de uma substância pode ser estabelecida através de métodos espectroscópicos, momentos dipolares, RMN e outros.


A existência de moléculas foi sugerida no início do século XIX através das leis de Dalton e de Avogadro. No entanto, existia alguma resistência por parte de alguns Físicos, nomeadamente Ernst Mach, Ludwig Boltzmann, James Maxwell e Josiah Gibbs, que classificavam as moléculas como construções matemáticas convenientes1. A prova final da existência de moléculas deve-se ao trabalho de Jean Perrin que, em 1926, ganhou o Prémio Nobel da Física pelo trabalho desenvolvido em estruturas descontínuas da matéria.