Fizyka molekularna – dział fizyki zajmujący się badaniem i wyjaśnianiem struktury i własności fizycznych cząsteczek, natury wiązań chemicznych oraz ich funkcji i roli w układach fizycznych, chemicznych i biologicznych.

W doświadczalnej fizyce molekularnej kluczową rolę odgrywają liczne i różnorodne metody spektroskopowe. W porównaniu z fizyką atomową, fizyka molekularna cechuje się wyższym poziomem złożoności, choćby ze względu na występowanie w cząsteczkach wewnętrznych stanów oscylacyjnych i rotacyjnych.

Fizyka molekularna jest blisko powiązana z chemią kwantową, a granice między nimi nie są ściśle zdefiniowane.

• Hermann Haken, Hans Christoph Wolf: Fizyka molekularna z elementami chemii kwantowej. Warszawa: PWN, 1998, s. 18–19. ISBN 83-01-12630-2.