เรขาคณิตโมเลกุลเป็นคำที่อธิบายถึงรูปร่างสามมิติของโมเลกุลที่กำหนดจำนวนคู่โดดเดี่ยวและอะตอมถูกผูกมัดรอบอะตอมกลาง คู่ที่โดดเดี่ยวใด ๆ - คู่ของอิเล็กตรอนที่ไม่มีเงื่อนไข - ถูกนำมาใช้เมื่อพิจารณารูปทรงเรขาคณิตของคู่อิเล็กตรอนและจะต้องพิจารณาในรูปของโมเลกุลเนื่องจากการกระทำที่น่ารังเกียจของคู่อิเล็กตรอนที่ถูกผูกมัด แรงขับระหว่างอิเลคตรอนนี้เป็นสิ่งที่ส่งผลกระทบต่อมุมระหว่างอะตอมที่ถูกผูกมัดและคู่ใดก็ตามที่ล้อมรอบอะตอมกลาง มุมเหล่านี้มากกว่าจำนวนของอะตอมที่ยึดติดกับอะตอมกลางกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของโมเลกุลที่ถูกผูกมัดด้วยโควาเลนไทน์ แผนภูมิเปรียบเทียบเรขาคณิตคู่อิเล็กตรอนและเรขาคณิตโมเลกุลมักใช้เพื่อแสดงผลของคู่โดดเดี่ยวต่อรูปร่างของโมเลกุลเนื่องจากโมเลกุลที่ไม่มีคู่โดดเดี่ยวมีรูปทรงโมเลกุลคู่โมเลกุลและอิเล็กตรอนคู่เดียวกัน
ทฤษฎีง่ายๆว่าพฤติกรรมของอิเล็กตรอนนั้นถูกใช้อย่างไรเมื่อทำนายรูปร่างของโมเลกุล ทฤษฎีของวาเลนซ์เชลล์อิเลคตรอน Pair Repulsion (VSEPR) ระบุว่าอิเล็กตรอนคู่วาเลนซ์ที่ถูกผูกมัดและโดดเดี่ยวจะวางตำแหน่งตัวเองห่างกันมากที่สุดเท่าที่จะทำได้ การใช้ทฤษฎีนี้สามารถกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของสารประกอบโมเลกุลอย่างง่ายได้อย่างแม่นยำ วิธีการอื่น ๆ เช่นผลึกรังสีเอกซ์มีความจำเป็นเมื่ออธิบายถึงรูปร่างของโมเลกุลอินทรีย์ที่ซับซ้อนรวมถึงสารพันธุกรรมและโปรตีน
โมเลกุลที่ง่ายที่สุดมีอะตอมกลางหนึ่งอะตอมที่มีสองอะตอมเพิ่มเติมที่ถูกผูกมัด ตามทฤษฎีของ VSEPR อะตอมทั้งสองที่ถูกพันธะจะวางตำแหน่งตัวเองห่างกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ส่งผลให้เกิดรูปร่างโมเลกุลเชิงเส้น มุมระหว่างพันธะคือ 180 องศา โมเลกุลที่มีพันธะโควาเลนซ์โดยมีอะตอมสามตัวล้อมรอบอะตอมกลางและไม่มีคู่เดียวที่มีรูปร่างระนาบตรีโกณมิติ โมเลกุลนี้มีมุม 120 องศาระหว่างอะตอมทั้งสามที่ยึดติดกันและวางราบในระนาบเดียว
เพื่อที่จะจัดวางอะตอมที่ถูกผูกมัดแต่ละอันไกลที่สุดเท่าที่จะทำได้โมเลกุลที่มีอะตอมสี่อะตอมล้อมรอบอะตอมกลาง แต่ละมุมของการจับยึดอยู่ที่ 109.5 องศาทำให้เกิดจัตุรมุขโดยมีอะตอมส่วนกลางอยู่ด้านใน ในลักษณะเดียวกันนี้เมื่ออะตอมเพิ่มเติมแต่ละตัวถูกผูกมัดกับอะตอมกลางรูปร่างจะเปลี่ยนไปเมื่ออะตอมที่ถูกพันธะถูกผลักออกจากกันและกัน ด้วยการปรากฏตัวของคู่โดดเดี่ยวเรขาคณิตโมเลกุลของอะตอมเปลี่ยนแปลงขณะที่คู่โดดเดี่ยวก็ออกแรงผลัก โมเลกุลที่มีสามอะตอมและหนึ่งคู่เดียวที่ล้อมรอบอะตอมกลางจะมีรูปทรงปิรามิดแบบตรีโกณมิติโดยที่อะตอมกลางที่ด้านบนของพีระมิดและอะตอมสามตัวที่ถูกผลักโดยคู่เดียวเข้าสู่ตำแหน่งที่อยู่ด้านล่างของอะตอมกลาง
