分子常常因含有若幹相同原子或基團（見基）而具有某種對稱性。如果分子經過某種對稱操作後，與未經操作的原有分子無法分辨，則按對稱操作的種類而稱該分子具有某種對稱性。
孤立分子的對稱操作僅有四種（不動或還原一般不應是對稱操作，但也常包括在內，這樣則為五種）：①分子繞一個軸旋轉2π/n角，如旋轉後能恢復原狀，則此軸稱為n次對稱軸，而這種對稱操作稱為旋旋轉2π/n角；②分子在一假想平面的鏡面中反射，如經過反射後恢復原狀，則此假想平面稱為分子的對稱面，這種對稱操作稱為反射；③將分子上各點對稱地移到該點與假想點連線上的另一方同距離處，如分子各點經如此操作後恢復原狀，則此假想點稱為分子的對稱中心，這種對稱操作稱為反演；④分子先在一軸進行2π/n角旋轉，然後再在垂直於這個軸的一個平面上反射，如經過這一復合操作使分子恢復原狀，則此軸稱為n次非正常旋轉對稱軸，這種操作稱為非正常2π/n角旋轉。例如，yz面上的水分子的形狀如圖1所示，它有一個二次旋轉對稱軸（簡稱2次軸），及兩個互相垂直的對稱面。甲烷是一正四面體形的分子，碳居正中，四個氫原子各占一頂點，這個分子有四個3次軸、三個2次軸、六個對稱面和三個非正常4次軸；乙烯則有三個2次軸、一個對稱中心和三個對稱面；甲烷和乙烯的對稱性圖見圖2。在分子中n的值可以為2，3，4，5，6，7，...，∞等，直線分子有一個∞次軸，通常以n等於2，3，4，6等值為多。n＝1即不動，一般不計在內。
具有對稱性的分子的許多性質均受其對稱性的影響。例如有無偶極矩、光譜的選擇定則等均可從其對稱性預測。在量子力學計算中常利用分子的對稱性而使計算簡化。