A molekulák térszerkezetét a kémiai kötésekkel összetartott atommagok viszonylagos elrendeződése határozza meg, az anyagok számos tulajdonsága, például az olvadás- és a forráspont, a sűrűség és a kémiai reakcióképesség jelentős mértékben függ tőle. A térszerkezet kísérleti úton vagy számításokkal határozható meg, az erre vonatkozó legelemibb információ az 1.1.3. alfejezetben leírt szerkezeti képlet, melyből megtudhatjuk, mely atomok kapcsolódnak egymáshoz. Többet mutatnak a térbeli modellek, melyek sok szempontból a valósághoz hűen ábrázolják a molekula térbeli alakját. Régebben fémből, fából vagy műanyagból készültek, ezért kezelésük nehézkes volt, mára általánosan elterjedtek a háromdimenziós grafikus modellek, melyek közül hármat mutatunk be (l. 1.2.15. ábra). A grafikus modellek előállítására erre a célra kifejlesztett számítógépes programok használatosak. A legegyszerűbb a vonalas (vertex) modell, melyben a kötéseknek vonalak, az atomoknak a vonalak metszéspontjaiban létrejövő csúcsok felelnek meg (1.2.15a. ábra). A pálcika-gömb ábrázolásban a kötéseknek a vonalaknál vastagabb pálcikák, az atomoknak minőségüktől függő színű és sugarú gömbök felelnek meg (1.2.15b. ábra). A térkitöltő modell (1.2.15c. ábra) az elektronfelhő kiterjedését is szemlélteti, és kifejezi az elektrontörzsek taszítását, amiről az 1.2.8. alfejezetben írtunk. Különböző molekuláris tulajdonságok, illetve folyamatok szemléltetéséhez más és más modellek a legalkalmasabbak, a további fejezetekben erre számos példát láthatunk majd.