I movimenti traslazionali e rotazionali, oltre allo stiramento e alla flessione del legame, sono i tipi fondamentali di movimento all'interno delle molecole. Diverse molecole subiscono diverse sovrapposizioni dei movimenti di base.
Tutte le molecole sono costantemente in movimento. I gradi di libertà di questo movimento dipendono dalla fase della molecola della materia. I solidi hanno il minor raggio di movimento, seguito da liquidi, quindi gas. La temperatura delle molecole è un'indicazione della loro energia cinetica. La temperatura più elevata aumenta direttamente il movimento di traslazione delle molecole, portando ad una maggiore velocità di movimento nelle molecole di gas e liquido e maggiore frequenza e ampiezza di vibrazione nelle molecole solide.
La relazione di Boltzmann collega linearmente la temperatura macroscopica all'energia cinetica molecolare attraverso la costante di Boltzmann. Un aumento lineare della temperatura è accompagnato da un aumento lineare dell'energia cinetica media di tutte le molecole in un sistema.
Il movimento rotatorio può comportare la rotazione dell'intera molecola o la rotazione di parti della molecola l'una rispetto all'altra in movimento torsionale. Tale movimento può avvenire solo in fasi gassose e liquide, poiché le molecole sono legate in posizioni fisse nei solidi.
I moti delle molecole determinano molte proprietà fisiche incluso il colore, che è determinato dall'assorbimento e riemissione dei fotoni attraverso i legami e dalla reattività chimica, che è determinata dalla quantità di energia necessaria per formare o rompere i legami.
