同核雙原子分子
一切物質都由粒子構成，基本粒子有分子、原子等。
很多非金屬元素（包括氫、氮、氧、氟、氯、溴、碘<當一個非金屬元素不能當成是一種物質時，這個非金屬元素組成的單質是雙原子分子>等）的單質均是雙原子分子。其他元素（如磷）也可能以雙原子分子構成單質，但這些雙原子分子并不穩定。這些構成單質的雙原子分子稱為同核雙原子分子。其中，氮和氧的同核雙原子分子占地球大氣層成份的 99%。
異核雙原子分子
以雙原子分子存在的化合物包括一氧化碳、一氧化氮等。這些雙原子分子稱為異核雙原子分子。
準雙原子分子
分子中的原子之間有相互作用力。不是所有的原子在通常情況下都能形成穩定的分子，例如氯原子與氙原子，只有當它們處于激發態時，才有可能形成氯化氙，回到基態又分裂為單個原子，這種分子叫準分子，利用準分子的特性可制成準分子激光器。