Le mouvement de translation et de rotation, ainsi que l'étirement et la flexion des liaisons, sont les types de mouvement de base au sein des molécules. Différentes molécules subissent différentes superpositions des mouvements de base.
Toutes les molécules sont constamment en mouvement. Les degrés de liberté de ce mouvement dépendent de la phase de matière des molécules. Les solides ont la plus faible amplitude de mouvement, suivis des liquides, puis des gaz. La température des molécules est une indication de leur énergie cinétique. Une température plus élevée augmente directement le mouvement de translation des molécules, entraînant une vitesse de mouvement plus élevée dans les molécules de liquide et de gaz et une fréquence et une amplitude de vibration plus élevées dans les molécules solides.
La relation de Boltzmann relie linéairement la température macroscopique à l'énergie cinétique moléculaire à travers la constante de Boltzmann. Une augmentation linéaire de la température s'accompagne d'une augmentation linéaire de l'énergie cinétique moyenne de toutes les molécules d'un système.
Le mouvement de rotation peut impliquer la rotation de la molécule entière ou la rotation de parties de la molécule les unes par rapport aux autres dans un mouvement de torsion. Un tel mouvement ne peut se produire que dans les phases gazeuse et liquide, car les molécules sont liées dans des positions fixes dans les solides.
Les mouvements des molécules déterminent de nombreuses propriétés physiques, notamment la couleur, qui est déterminée par l'absorption et la réémission de photons à travers les liaisons, et la réactivité chimique, qui est déterminée par la quantité d'énergie nécessaire pour former ou rompre les liaisons.
