המבנה המולקולרי, הוא תיאור מרחבי פשוט של האטומים במולקולות של חומרים שונים, ותיאורם של קשרים כימיים הקושרים מולקולות ואטומים זה לזה. המבנה המולקולרי יכול לתאר מרחבית חומרים פשוטים מאוד, כגון חמצןדיאטומי או חנקן פשוט, עד למבנים מורכבים ביותר, דוגמת חלבונים ו-DNA. מבנה מולקולרי מיוצג בעזרת נוסחת מבנה.
המבנה הגבישי מתאר מרחבית אטומים, מולקולות ואורביטלים מולקולריים בגביש, שהוא חומר מושלם וסימטרי, השכיח מאוד בטבע.
תאוריית המבנה הכימי פותחה לראשונה על ידי הכימאי הרוסיאלכסנדר בוטלרוב, אשר קבע כי מבנים כימיקלים ותרכובות כימיות אינם מקבץ אקראי של אטומים, אלא מבנים עם סדר מוגדר הנקבע על-פי ערכיות האטומים.
