分子物理学是研究分子的物理性质以及将原子结合为分子的化学键性质的学科。它和原子物理学密切相关。
分子物理学中最重要的实验手段是光谱分析。分子谱和原子谱的最大区别是,除了组成原子的原子能级之外,还有分子本身的转动和振动能级。