Молекулы можно классифицировать разными способами. В зависимости от различий в электроотрицательности между связанными атомами молекула может быть либо полярной, либо неполярной. Все молекулы, содержащие углерод, считаются органическими. Те, которые не считаются неорганическими. Существуют также классы, основанные на биохимической функции и структуре.
Термин молекула обычно относится к двум или более атомам, связанным вместе ковалентно. Связанные атомы могут быть одного и того же элемента, например двухатомных молекул. Атомы со значительной разницей в значениях электроотрицательности производят полярные связи и могут вносить вклад в общую полярную молекулу. Некоторые классификации молекул не являются взаимоисключающими, то есть можно иметь полярную органическую молекулу или неполярную молекулу.
В биохимии молекулы классифицируются по их структуре, так как это часто определяет их функцию. Четыре основных класса — это углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Внутри каждого класса существуют дополнительные подразделения и типы молекул. Углеводы включают в себя различные последовательности молекул углерода, называемые сахарами. Белки представляют собой соединения, образованные из любой из 20 аминокислот и пептидных связей. Липиды включают молекулы, которые являются жирными, и не растворяются в воде или легко испаряются, например жиры и холестерин. Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов и включают РНК и ДНК.