分子的結構主要有直線型、平麵三角形、四麵體、八麵體、三角錐形、四方錐形以及角形等基本形狀類型：
直線型：所有原子都處在一條直線上，鍵角為180度，例如二氧化碳（O=C=O）。
平麵三角形：所有的原子處在一個平麵上，三個周邊原子在中心原子周圍且分布的很均勻，鍵角為120度，例如三氟化硼（BF3）。
四麵體：原子處於一個四麵體上，其中四個周邊原子分布在四麵體的四個頂點，中心原子位於四麵體中心，理想鍵角109度28分，例如甲烷（CH4）。
八麵體：六個周邊原子分布在八麵體的六個頂點，四麵體中心是中心原子，理想鍵角90度，例如六氟化硫（SF6）。
三角錐形：四麵體型的一條鍵上分布的是孤對電子，而剩下三條鍵的形狀即是三角錐型。因為孤對電子體積較大，所以三角錐形的鍵角較四麵體形的鍵角要小，鍵角107.3度，例如氨（NH3）。
四方錐形：與三角錐形的結構相似，八麵體型的一條鍵被孤對電子占據，剩下五條鍵的形狀即是四方錐型，例如五氟化溴（BrF5）。
角形：這種分子結構的類型與直線型相對，兩條鍵的三個原子都不在一條直線上，鍵角104.5度，例如水（H2O）。
分子結構關係到原子在空間中的位置，它的結構形式與鍵結的化學鍵種類有關，包括鍵長、鍵角以及相鄰三個鍵之間的二麵角。
當然，從溫度的角度上看，對分子結構的測定最好是在接近絕對零度的溫度下，因為在前麵的常識中我們講過。隨著溫度的升高，分子轉動也增加，這時候的數據就無法做到精確。不過分子的形狀還可以通過量子力學和半實驗的分子模擬計算得出，固態分子的結構也可通過X射線晶體學測定。我們發現，體積較大的分子通常可以以多個穩定的構象存在，勢能麵中這些構象之間的能量較高。