Een molecuul dat uit twee atomen bestaat, wordt een diatomisch molecuul genoemd. Voorbeelden van diatomische moleculen zijn waterstof (H2), zuurstof (O2), stikstof (N2) en koolmonoxide (CO). Diatomische moleculen zijn het eenvoudigste type moleculen en worden gevormd wanneer twee atomen van dezelfde of verschillende elementen chemisch aan elkaar gebonden zijn.