Las moléculas se pueden clasificar en:

·        Moléculas discretas, constituidas por un número bien definido de átomos, sean estos del mismo elemento (moléculas homonucleares, como el dinitrógeno o el fullereno) o de elementos distintos (moléculas heteronucleares, como el agua).

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Molécula de dinitrógeno, elgas que es el componente mayoritario del aire

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Molécula de fullereno, tercera forma estable delcarbono tras el diamante y el grafito

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Molécula de agua, "disolvente universal", de importancia fundamental en innumerables procesos bioquímicos eindustriales

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Representación poliédrica del anión de Keggin, unpolianión molecular

·        Macromoléculas o polímeros, constituidas por la repetición de una unidad comparativamente simple -o un conjunto limitado de dichas unidades- y que alcanzan pesos moleculares relativamente altos.

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Representación de un fragmento de ADN, un polímero de importancia fundamental en lagenética

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Enlace peptídico que une los péptidos para formarproteínas

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Representación de un fragmento lineal depolietileno, el plástico más usado

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Primera generación de undendrímero, un tipo especial de polímero que crece de forma fractal

La estructura molecular puede ser descrita de diferentes formas. La fórmula molecular es útil para moléculas sencillas, como H₂O para el agua o NH₃ para el amoníaco. Contiene los símbolos de los elementos presentes en la molécula, así como su proporción indicada por los subíndices.

Para moléculas más complejas, como las que se encuentran comúnmente en química orgánica, la fórmula química no es suficiente, y vale la pena usar una fórmula estructural o una fórmula esqueletal, las que indican gráficamente la disposición espacial de los distintos grupos funcionales.

Cuando se quieren mostrar variadas propiedades moleculares... (como el potencial eléctrico en la superficie de la molécula), o se trata de sistemas muy complejos, como proteínas, ADN o polímeros, se utilizan representaciones especiales, como los modelos tridimensionales (físicos o representados por ordenador). En proteínas, por ejemplo, cabe distinguir entre estructura primaria (orden de los aminoácidos), secundaria (primer plegamiento en hélices, hojas, giros...), terciaria (plegamiento de las estructuras tipo hélice/hoja/giro para dar glóbulos) y cuaternaria (organización espacial entre los diferentes glóbulos).

Figura 1. Representaciones de la terpenoide, atisano, 3D (centro izquierda) y 2D (derecha). En el modelo 3D de la izquierda, los átomos decarbono están representados por esferas grises; las blancas representan a los átomos de hidrógeno y los cilindros representan los enlaces. El modelo es una representación de la superficies molecular, coloreada por áreas de carga eléctrica positiva (rojo) o negativa (azul). En el modelo 3D del centro, las esferas azul claro representan átomos de carbono, las blancas de hidrógeno y los cilindros entre los átomos son los enlaces simples.