В виде молекул существуют одноэлементные газы, например H₂, Cl₂, многие несолеобразные неорганические вещества, например HCl, H₂O, NH₃, CO₂, и почти все органические вещества, т.е. соединения углерода. В молекулах атомы элементов связаны между собой ковалентными связями. Молекулы электронейтральны; вещества, состоящие из молекул особенно с чисто ковалентными связями, не проводят электрический ток.

Наличие ковалентных связей в молекуле обуславливает ее устойчивость, что объясняется сильным электростатическим взаимодействием между положительно заряженными атомными ядрами и отрицательно заряженными связывающими электронами.

Для того, чтобы стала возможной химическая реакция между молекулами веществ, необходимо обеспечить разрыв прочных ковалентных связей (или хотя бы части этих связей) в молекулах. Именно поэтому химические реакции между молекулярными веществами протекают, как это характерно для органической химии, значительно медленнее, чем типичные для неорганической химии реакции между ионными соединениями.

В противоположность прочным ковалентным связям между атомами в молекулах, связывание между молекулами вещества очень слабое, даже если это связывание обеспечивает уже при 20*С образование молекулярной кристаллической решетки. Например, такие твердые при обычных условиях молекулярные вещества, как йод I₂, фенол C₆H₅OH, и нафталин C₁₀H₈, намного легче по сравнению с ионными соединениями (солями) переходят в газообразное состояние. Еще легче достигается такой переход у жидких молекулярных веществ, например у брома Br₂, воды H₂O, и этанола C₂H₅OH. Известно достаточно много и газообразных молекулярных веществ: хлор Cl₂, аммиак NH₃, метан CH₄ и др.

Молекулярные вещества, как правило, имеют низкие температуры плавления и кипения, поэтому их часто называют летучими веществами. Летучесть обычно уменьшается при увеличении размеров молекул. Ковалентные вещества, молекулы которых имеют очень большие размеры (макромолекулы), практически нелетучи. К таким веществам относятся, например, крахмал, целлюлоза, пластмассы, искусственные волокна. Твердые макромолекулярные (полимерные) вещества разлагаются при нагревании еще до того, как для них достигается газообразное, а нередко и жидкое состояние.

Межмолекулярное взаимодействие осуществляется благодаря действию между молекулами, независимо от того, являются они полярными или нет, сил Ван-дер-Ваальса. Эти силы названы так потому, что впервые межмолекулярное взаимодействие стал учитывать голландский физик Ван-дерВаальс (1873 год) при объяснении свойств реальных газов и жидкостей. Межмолекулярное взаимодействие нейтральных частиц вещества (молекул, атомов) имеет электрическую природу и заключается в электростатическом притяжении между полярными или неполярными частицами. Притяжение между полярными частицами достигается разделением электрических эффективных зарядов внутри этих частиц, т.е. наличием у этих частиц постоянных электрических диполей. В неполярных частицах диполи индуцируются (так называемые наведенные временные диполи), что также обуславливает притяжение таких частиц. Постоянные и наведенные диполи возникают вследствие движения электронов внутри электронной оболочки атомов и молекул, поэтому все нейтральные частицы в реальных газах, жидкостях и твердых веществах оказывают взаимное влияние друг на друга и не являются независимыми.

Ковалентные связи существуют и в атомных кристаллических решетках. Атомные кристаллические решетки образуются у относительно немногих веществ в твердом состоянии. Типичным примером атомной кристаллической решетки служит алмаз – одна из форм существования в свободном виде элемента углерода. В атомной кристаллической решетке алмаза каждый атом углерода связан с четырьмя соседними атомами углерода. Поэтому алмаз и все другие вещества, имеющие атомную кристаллическую решетку, например SiC и B₄C, отличаются большой твердостью и высокими температурами плавления и кипения. Такие вещества часто объединяют групповым названием алмазоподобные вещества.