分子的结构主要有直线型、平面三角形、四面体、八面体、三角锥形、四方锥形以及角形等基本形状类型：
直线型：所有原子都处在一条直线上，键角为180度，例如二氧化碳（O=C=O）。
平面三角形：所有的原子处在一个平面上，三个周边原子在中心原子周围且分布的很均匀，键角为120度，例如三氟化硼（BF3）。
四面体：原子处于一个四面体上，其中四个周边原子分布在四面体的四个顶点，中心原子位于四面体中心，理想键角109度28分，例如甲烷（CH4）。
八面体：六个周边原子分布在八面体的六个顶点，四面体中心是中心原子，理想键角90度，例如六氟化硫（SF6）。
三角锥形：四面体型的一条键上分布的是孤对电子，而剩下三条键的形状即是三角锥型。因为孤对电子体积较大，所以三角锥形的键角较四面体形的键角要小，键角107.3度，例如氨（NH3）。
四方锥形：与三角锥形的结构相似，八面体型的一条键被孤对电子占据，剩下五条键的形状即是四方锥型，例如五氟化溴（BrF5）。
角形：这种分子结构的类型与直线型相对，两条键的三个原子都不在一条直线上，键角104.5度，例如水（H2O）。
分子结构关系到原子在空间中的位置，它的结构形式与键结的化学键种类有关，包括键长、键角以及相邻三个键之间的二面角。
当然，从温度的角度上看，对分子结构的测定最好是在接近绝对零度的温度下，因为在前面的常识中我们讲过。随着温度的升高，分子转动也增加，这时候的数据就无法做到精确。不过分子的形状还可以通过量子力学和半实验的分子模拟计算得出，固态分子的结构也可通过X射线晶体学测定。我们发现，体积较大的分子通常可以以多个稳定的构象存在，势能面中这些构象之间的能量较高。