用元素符号和数字来表示物质组成的式子叫作化学式，一种物质只用一个化学式表示。如果化学式能表示分子中真实的原子数，则该化学式为该物质的分子式。如果化学式不能表示物质的真正组成而只表示各组成元素原子数的最简比例，则该化学式称为该物质的最简化学式或实验式（经验式）。例如，NaCl只表示氯化钠中钠与氯的原子个数比为1:1，而不表示一个氯化钠分子，所以NaCl为氯化钠的最简化学式而非分子式。水的化学式表示为H2O，因为H2O表示出了一个水分子的真正组成，即一个水分子中含有2个氢原子和1个氧原子，所以H2O为水的分子式。

分子式相同并不代表它们表示同样的物质，因为分子中原子的排列和组合（分子的结构）也是决定物质性质的要素。由相同的原子组成但排列不同的分子叫同分异构体。同分异构体有同一种分子式，但因结构不同而有不同的性质。纯净物都是由相同几何结构的分子组合而成的。分子的化学式和结构是决定物质的性质尤其是物质的化学性质的两个要素。