Ruchy translacyjne i rotacyjne, a także rozciąganie i zginanie wiązań są podstawowymi rodzajami ruchu w cząsteczkach. Różne cząsteczki przechodzą różne superpozycje podstawowych ruchów.
Wszystkie cząsteczki są ciągle w ruchu. Stopnie swobody tego ruchu zależą od fazy materii. Ciała stałe mają najmniejszy zakres ruchu, a następnie płyny, a następnie gazy. Temperatura cząsteczek jest wskazaniem ich energii kinetycznej. Wyższa temperatura bezpośrednio zwiększa ruch translacyjny cząsteczek, co prowadzi do wyższej prędkości ruchu w cząsteczkach cieczy i gazu oraz wyższej częstotliwości i amplitudy wibracji w cząsteczkach stałych.
Relacja Boltzmanna liniowo odnosi temperaturę makroskopową do kinetycznej energii molekularnej za pomocą stałej Boltzmanna. Liniowemu wzrostowi temperatury towarzyszy liniowy wzrost średniej energii kinetycznej wszystkich cząsteczek w systemie.
Ruch obrotowy może obejmować rotację całej cząsteczki lub rotację części cząsteczki względem siebie w ruchu skrętnym. Taki ruch może wystąpić tylko w fazach gazowych i ciekłych, ponieważ cząsteczki są związane w ustalonych pozycjach w ciałach stałych.
Ruchy cząsteczek determinują wiele właściwości fizycznych, w tym kolor, który określa się na podstawie absorpcji fotonów i ponownej emisji przez wiązania oraz reaktywności chemicznej, która jest określona przez ilość energii potrzebnej do utworzenia lub zerwania wiązań.
