La Geometría molecular o estructura molecular es la agrupación tridimensional de los átomos que constituyen una molécula, inferida a partir de estudios espectroscópicos del compuesto químico. Esta determina varias propiedades de una sustancia incluyendo su reactividad, polaridad, estado de agregación, color, magnetismo y actividad biológica.

Las geometrías moleculares se determinan mejor a temperaturas próximas al cero absoluto porque a temperaturas más altas las moléculas presentarán un movimiento rotacional considerable. En el estado sólido la geometría molecular puede ser medida por Difracción de rayos X. Las geometrías se pueden calcular por procedimientos cuánticos o modelos semiempíricos modelos moleculares. Las moléculas grandes a menudo existen en múltiples conformaciones estables que difieren en su geometría molecular y están separadas por grandes colinas en las superficies de energía potencial.

La posición de cada átomo se determina por la naturaleza de los enlaces químicos con los que se conecta a sus átomos vecinos. La geometría molecular puede ser descrita por las posiciones de estos átomos en el espacio, evocando la longitud de enlace de dos átomos unidos, ángulos de enlace de tres átomos conectados y ángulo de torsión de tres enlaces consecutivos