Las moléculas se pueden clasificar de muchas maneras. Dependiendo de las diferencias en electronegatividad entre los átomos unidos, una molécula puede ser polar o no polar. Todas las moléculas que contienen carbono son consideradas orgánicas. Los que no lo hacen son considerados inorgánicos. También hay clases basadas en la función y estructura bioquímica.
El término molécula generalmente se refiere a dos o más átomos unidos covalentemente. Los átomos unidos pueden ser del mismo elemento, como las moléculas diatómicas. Los átomos con una diferencia significativa en los valores de electronegatividad producen enlaces polares y pueden contribuir a una molécula polar global. Algunas clasificaciones de moléculas no se excluyen mutuamente, lo que significa que es posible tener una molécula polar orgánica o una molécula no polar.
En bioquímica, las moléculas se clasifican por su estructura, ya que esto a menudo determina su función. Las cuatro clases principales son carbohidratos, proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Dentro de cada clase, existen otras subdivisiones y tipos de moléculas. Los carbohidratos incluyen varias cadenas de moléculas de carbono llamadas azúcares. Las proteínas son compuestos formados a partir de cualquiera de los 20 aminoácidos y enlaces peptídicos. Los lípidos incluyen moléculas que son grasas y no se disuelven en agua ni se evaporan fácilmente, como las grasas y el colesterol. Los ácidos nucleicos están compuestos de nucleótidos e incluyen ARN y ADN.