Moleculele pot fi clasificate în mai multe moduri. În funcție de diferențele dintre electronegativitatea dintre atomii legați, o moleculă poate fi polară sau nepolară. Toate moleculele care conțin carbon sunt considerate organice. Cei care nu sunt considerați anorganici. Există, de asemenea, clase bazate pe funcția și structura biochimică.
Termenul de moleculă se referă de obicei la doi sau mai mulți atomi legați împreună covalent. Atomii legați pot fi de același element, cum ar fi moleculele diatomice. Atomii cu o diferență semnificativă în valorile electronegativității produc legături polar și pot contribui la o moleculă globală polară. Unele clasificări ale moleculelor nu se exclud reciproc, ceea ce înseamnă că este posibil să existe o moleculă polară organică sau o moleculă nepolară.
În biochimie, moleculele sunt clasificate după structura lor, deoarece deseori determină funcția lor. Cele patru clase majore sunt carbohidrații, proteinele, lipidele și acizii nucleici. În fiecare clasă există subdiviziuni și tipuri de molecule. Carbohidrații includ diferite șiruri de molecule de carbon denumite zaharuri. Proteinele sunt compuși formați din oricare dintre legăturile de 20 de aminoacizi și peptide. Lipidele includ molecule care sunt uleioase și nu se dizolvă în apă sau se evaporă cu ușurință, cum ar fi grăsimile și colesterolul. Acizii nucleici sunt compuși din nucleotide și includ ARN și ADN.