Двуха́томная моле́кула — молекула, состоящая из двух атомов одного или разных элементов. Если двухатомная молекула состоит из двух атомов того же элемента, например, водород (H2) или азот (N2), тогда она называется гомоядерной[en]. В другом случае, если двухатомная молекула состоит из двух атомов разных элементов, например, монооксид углерода (CO) или оксид азота(II) (NO), то она называется гетероядерной[en]. Атомы двухатомной молекулы связаны при ковалентной связи.
