Η μοριακή γεωμετρία είναι ένας όρος που περιγράφει το τρισδιάστατο σχήμα ενός μορίου, δεδομένου του αριθμού των μεμονωμένων ζευγών και των συνδεδεμένων ατόμων που περιβάλλουν ένα κεντρικό άτομο. Οποιαδήποτε μεμονωμένα ζεύγη — μη δεσμευμένα ζεύγη ηλεκτρονίων — χρησιμοποιούνται κατά τον προσδιορισμό της γεωμετρίας του ζεύγους ηλεκτρονίων και πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στο σχήμα του μορίου λόγω της απωστικής τους δράσης στα συνδεδεμένα ζεύγη ηλεκτρονίων. Αυτή η απώθηση μεταξύ των ηλεκτρονίων είναι που επηρεάζει τις γωνίες μεταξύ των συνδεδεμένων ατόμων και τυχόν μεμονωμένων ζευγών που περιβάλλουν το κεντρικό άτομο. Αυτές οι γωνίες, αντί ο αριθμός των ατόμων που συνδέονται με το κεντρικό άτομο, καθορίζουν τη μοριακή γεωμετρία των ομοιοπολικών δεσμών μορίων. Τα γραφήματα που συγκρίνουν τη γεωμετρία του ζεύγους ηλεκτρονίων και τη μοριακή γεωμετρία χρησιμοποιούνται συνήθως για να δείξουν τις επιδράσεις των μεμονωμένων ζευγών στο σχήμα του μορίου, καθώς τα μόρια χωρίς μεμονωμένα ζεύγη έχουν την ίδια γεωμετρία μοριακών και ζευγών ηλεκτρονίων.
Μια απλή θεωρία για το πώς συμπεριφέρονται τα ηλεκτρόνια χρησιμοποιείται κατά την πρόβλεψη του σχήματος ενός μορίου. Η θεωρία της απώθησης ζεύγους ηλεκτρονίων κελύφους σθένους (VSEPR) δηλώνει ότι τα συνδεδεμένα και μεμονωμένα ζεύγη ηλεκτρονίων σθένους θα τοποθετηθούν όσο πιο μακριά το ένα από το άλλο μπορούν. Χρησιμοποιώντας αυτή τη θεωρία, μπορεί να προσδιοριστεί με ακρίβεια το γεωμετρικό σχήμα απλών μοριακών ενώσεων. Άλλες μέθοδοι, όπως η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ, χρειάζονται κατά την περιγραφή του σχήματος πολύπλοκων οργανικών μορίων, συμπεριλαμβανομένου του γενετικού υλικού και των πρωτεϊνών.
Το απλούστερο μόριο έχει ένα κεντρικό άτομο με δύο επιπλέον άτομα συνδεδεμένα σε αυτό. Σύμφωνα με τη θεωρία VSEPR, τα δύο συνδεδεμένα άτομα θα τοποθετηθούν όσο το δυνατόν πιο μακριά το ένα από το άλλο, με αποτέλεσμα ένα γραμμικό μοριακό σχήμα. Οι γωνίες μεταξύ των δεσμών είναι 180 μοίρες. Τα ομοιοπολικά συνδεδεμένα μόρια με τρία άτομα που περιβάλλουν ένα κεντρικό άτομο και κανένα μεμονωμένο ζευγάρι έχουν τριγωνικό επίπεδο σχήμα. Αυτό το μόριο έχει γωνίες 120 μοιρών μεταξύ των τριών συνδεδεμένων ατόμων και βρίσκεται επίπεδο σε ένα μόνο επίπεδο.
Προκειμένου να τοποθετηθεί κάθε συνδεδεμένο άτομο όσο το δυνατόν πιο μακριά μεταξύ τους, ένα μόριο με τέσσερα άτομα που περιβάλλουν ένα κεντρικό άτομο και δεν υπάρχουν μεμονωμένα ζεύγη έχει τετραεδρικό σχήμα. Κάθε γωνία δεσμού είναι 109.5 μοίρες, σχηματίζοντας ένα τετράεδρο με το κεντρικό άτομο στο εσωτερικό. Με τον ίδιο τρόπο, με κάθε επιπλέον άτομο συνδεδεμένο με το κεντρικό άτομο, το σχήμα αλλάζει καθώς τα συνδεδεμένα άτομα απομακρύνονται το ένα από το άλλο. Με την παρουσία μοναχικών ζευγών, η μοριακή γεωμετρία του ατόμου αλλάζει, καθώς το μοναχικό ζεύγος ασκεί και απώθηση. Ένα μόριο με τρία άτομα και ένα μοναχικό ζεύγος που περιβάλλει ένα κεντρικό άτομο θα έχει ένα τριγωνικό πυραμιδικό σχήμα, με το κεντρικό άτομο στην κορυφή της πυραμίδας και τα τρία συνδεδεμένα άτομα να ωθούνται από το μοναχικό ζεύγος σε μια θέση κάτω από το κεντρικό άτομο.