Molekylär geometri är en term som beskriver den tredimensionella formen av en molekyl, givet antalet ensamma par och bundna atomer som omger en central atom. Alla ensamma par – obundna elektronpar – används vid bestämning av elektronparets geometri och måste betraktas i form av molekylen på grund av deras frånstötande verkan på de bundna elektronparen. Denna repulsion mellan elektroner är det som påverkar vinklarna mellan de bundna atomerna och alla ensamma par som omger den centrala atomen. Dessa vinklar, snarare än antalet atomer fästa vid den centrala atomen, definierar molekylgeometrin för kovalent bundna molekyler. Diagram som jämför elektronpargeometrin och molekylär geometri används vanligtvis för att visa effekterna av ensamma par på molekylens form, eftersom molekyler utan ensamma par har samma molekylära och elektronpargeometri.
En enkel teori om hur elektroner beter sig används när man förutsäger formen på en molekyl. Teorin om Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) säger att bundna och ensamma par av valenselektroner kommer att placera sig så långt ifrån varandra som de kan. Genom att använda denna teori kan den geometriska formen av enkla molekylära föreningar exakt bestämmas. Andra metoder, såsom röntgenkristallografi, behövs när man beskriver formen på komplexa organiska molekyler inklusive genetiskt material och proteiner.
Den enklaste molekylen har en central atom med två ytterligare atomer bundna till den. Enligt VSEPR-teorin kommer de två bundna atomerna att placera sig så långt ifrån varandra som möjligt, vilket resulterar i en linjär molekylform. Vinklarna mellan bindningarna är 180 grader. Kovalent bundna molekyler med tre atomer som omger en central atom och inga ensamma par har en trigonal plan form. Denna molekyl har vinklar på 120 grader mellan de tre bifogade atomerna och ligger platt i ett enda plan.
För att placera varje bunden atom så långt ifrån varandra som möjligt har en molekyl med fyra atomer som omger en central atom och inga ensamma par en tetraedrisk form. Varje bindningsvinkel är 109.5 grader och bildar en tetraeder med den centrala atomen på insidan. På samma sätt, med varje ytterligare atom bunden till den centrala atomen, ändras formen när de bundna atomerna trycker bort från varandra. Med närvaron av ensamma par förändras atomens molekylgeometri, eftersom det ensamma paret också utövar repulsion. En molekyl med tre atomer och ett ensamt par som omger en central atom kommer att ha en trigonal pyramidform, med den centrala atomen överst i pyramiden och de tre anslutna atomerna skjuts av det ensamma paret till en position under den centrala atomen.