الجزيء وحدة تتكوّن من ذرتين أو أكثر ترتبط فيما بينها بروابط كيميائية، وقد تكون الذرات من العنصر نفسه أو من عناصر مختلفة. وتتكوّن الروابط عندما تتشارك الذرات إلكترونات أو تنتقل إلكترونات بينها أو تنجذب الشحنات المتعاكسة داخلها، ويحدد نوع الرابطة وترتيب الذرات كثيرًا من الخصائص الفيزيائية والكيميائية للمادة الناتجة.

بنية لويس طريقة كيميائية لتمثيل الروابط بين ذرات الجزيء والإلكترونات المنفردة حولها باستخدام النقاط والخطوط. تساعد هذه البنية على إظهار إلكترونات التكافؤ والروابط التساهمية والأزواج الوحيدة وترتيب الذرات، ولذلك تستخدم في تعليم الكيمياء وفهم الجزيئات والمعقدات. وتنسب إلى گلبرت لويس الذي قدمها في سياق تفسير الذرة والجزيء، فصارت أداة مبسطة لفهم الترابط قبل الدخول في النماذج الكمومية الأكثر تعقيداً.

المثيلة عملية كيميائية تعني إضافة مجموعة مثيل إلى جزيء أو استبدال ذرة أو مجموعة بها، وتعد من أشكال الألكلة المهمة في الكيمياء والعلوم الحيوية. في الكائنات الحية تتم المثيلة بواسطة إنزيمات وتشارك في تنظيم التعبير الجيني وتعديل البروتينات ومعالجة الحمض النووي الريبي والتعامل مع بعض الفلزات الثقيلة. ترتبط مثيلة الدنا والهيستونات بعلم التخلق، حيث يمكن أن تؤثر في نشاط الجينات من دون تغيير تسلسلها الأساسي، وقد تسهم اضطراباتها في أمراض مثل السرطان. وتستخدم المثيلة أيضاً في الكيمياء العضوية لتحضير مشتقات مختلفة بواسطة كواشف مانحة لمجموعة المثيل.

بنية كيميائية هي ترتيب الذرات داخل الجزيء والروابط التي تصلها، مثل الروابط التساهمية، وتشمل أبسط أشكالها جزيئات ثنائية الذرة كالأكسجين وأعقدها بروتينات كبيرة؛ تمثَّل البنى الكيميائية بصيغ بنيوية وتُحدَّد تجريبيًا بطرق مثل حيود الأشعة السينية وحيود النيوترونات والإلكترونات.

تخليق الببتيد عملية كيميائية لربط أحماض أمينية بروابط أميدية لإنتاج ببتيدات، يتم فيها تكثيف مجموعة كربوكسيل لحمض أميني مع مجموعة أمين لآخر مع استخدام استراتيجيات حماية لتفادي تفاعلات جانبية. التخليق قد يُجرى بمرحلة صلب شائعة في المختبر أو بمرحلة سائل للتصنيع كما يتيح إدخال أحماض أمينية غير طبيعية وتكوين ببتيدات D التي يصعب التعبير عنها حيويًّا.