Su molekülü, iki hidrojen atomu ve bir oksijen atomundan oluşan inorganik bir bileşiktir. Suyun kimyasal formülü H2O olarak yazılır. Su molekülü, iyonik olarak da (H+) bir hidrojen iyonuna bağlanmış, (OH-) hidroksit iyonu; yani HOH şeklinde tanımlanabilir.
Su molekülünün yapısı, düzgün dörtyüzlü bir geometrik şekildedir. Bu şeklin tepesinde oksijen atomu, birbirlerine komşu olmayan alt iki köşede oksijene bağlanmış iki hidrojen atomu ve diğer iki köşede ise ortaklanmamış elektron çiftleri bulunur. Hidrojen atomları 104,5 derece açı ile oksijen atomuna bağlıdır. Bu açıya bağ açısı denir.
Su molekülü, dipol özelliği taşıyan bir moleküldür. Bu demektir ki, molekülün etrafındaki elektrik dağılımı homojen değildir. Oksijen tarafında elektron yoğunluğu fazla olduğu için negatif yük (-) taşır. Hidrojen tarafında ise elektron yoğunluğu az olduğu için pozitif yük (+) taşır. Bu şekilde, su molekülü bir tarafı negatif, diğer tarafı pozitif olan bir moleküldür. Ancak dışarıdan bakıldığında nötr görünür.
Su molekülünün yapısı, suyun birçok özelliğini belirler. Örneğin, su molekülleri arasında hidrojen bağları oluşur. Bu bağlar sayesinde su kohezyon, adhezyon, yüzey gerilimi, özgül ısı, buharlaşma ve donma gibi özelliklere sahip olur. Ayrıca su molekülü, suda çözünen maddelerin iyonlarını veya polar moleküllerini sararak çözelti oluşturur.
