分子结构，或称分子立体结构、分子形状、分子几何，建立在光谱学数据之上，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。