화학 결합과 분자를 구성하는 원자들의 위치를 나타내는 기하학적인 모형이다. 분자식만으로는 분자 중의 원자들의 배열이 어떻게 되어있는지 알 수가 없다. 이렇게 분자 내에 있는 원자의 배치나 결합 형태 등을 설명하기 위해 사용하는 모형을 분자 모형이라고 한다. 분자 모형은 분자의 구조와 성질을 이해하는데 중요하고 원자들의 배열 상태와 분자 모양을 나타내기 위해서 여러 분자 모형을 사용한다. 분자구조 해석기법이 진보된 오늘날에는 구나 봉 등을 사용하여 입체적으로 조립된 모형을 가리키는 것이 보통이다. 연구자가 나무·종이·플라스틱 등으로 자작(自作) 하는 것도 있고, 세트 혹은 키트로 시판되는 것도 있다. 시판품 중에서 HGS모형은 결합 방향에 구멍이 있는 다면체 혹은 구를 원자로 하여 플라스틱봉을 결합한 것으로 결합각·결합길이를 이해하는 데 적합하다. 드라이딩 모형은 결합 방향에 이음매를 가진 조인트이며 원자·금속봉으로 결합하여 적당한 부품으로 벤젠고리 등의 구조를 표시하며 거리나 각도 이해에 적합하다. 스튜어트 모형은 원자를 반데르발스 반지름의 구나 부분구로 하고 凹凸의 결합부 혹은 결합부재로 연결하며 분자의 크기·모양·입체장애 이해에 적당하다. 컴퓨터를 이용해 지면이나 스크린 위에 분자 혹은 결정구조의 2,3차원적 화상을 묘사하는 방법은 이미 알고 있는 구조를 이해할 뿐만 아니라 새로운 분자의 설계 합성 수단으로도 이용된다.