Molekyyligeometria on termi, joka kuvaa molekyylin kolmiulotteista muotoa, kun otetaan huomioon keskiatomia ympäröivien yksinäisten parien ja sitoutuneiden atomien lukumäärä. Mitä tahansa yksinäisiä pareja-sitomattomia elektronipareja-käytetään elektroniparin geometrian määrittämisessä, ja ne on otettava huomioon molekyylin muodossa niiden vastenmielisen vaikutuksen vuoksi sidottuihin elektronipareihin. Tämä elektronien välinen vastenmielisyys vaikuttaa sidottujen atomien ja keskusatomia ympäröivien yksinäisten parien välisiin kulmiin. Nämä kulmat keskiatomiin kiinnittyneiden atomien lukumäärän sijaan määrittävät kovalenttisesti sitoutuneiden molekyylien molekyyligeometrian. Kaavioita, joissa verrataan elektroniparin geometriaa ja molekyyligeometriaa, käytetään yleisesti yksinäisten parien vaikutusten osoittamiseen molekyylin muotoon, koska molekyyleillä, joilla ei ole yksinäisiä pareja, on sama molekyyli- ja elektroniparigeometria.
Yksinkertaista teoriaa elektronien käyttäytymisestä käytetään ennustettaessa molekyylin muotoa. Teoriassa Valence Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) todetaan, että sidotut ja yksinäiset valenssielektroniparit asettuvat niin kauas toisistaan kuin mahdollista. Tätä teoriaa käyttämällä yksinkertaisten molekyyliyhdisteiden geometrinen muoto voidaan määrittää tarkasti. Muita menetelmiä, kuten röntgenkristallografiaa, tarvitaan monimutkaisten orgaanisten molekyylien muodon kuvaamisessa, mukaan lukien geneettinen materiaali ja proteiinit.
Yksinkertaisimmassa molekyylissä on yksi keskusatomi, johon on liitetty kaksi muuta atomia. VSEPR -teorian mukaan kaksi sitoutunutta atomia asettuvat mahdollisimman kauas toisistaan, mikä johtaa lineaariseen molekyylin muotoon. Liitosten väliset kulmat ovat 180 astetta. Kovalenttisesti sitoutuneilla molekyyleillä, joilla on kolme atomia, jotka ympäröivät keskusatomia ja joilla ei ole yksinäisiä pareja, on trigonaalinen tasomainen muoto. Tällä molekyylillä on 120 asteen kulmat kolmen kiinnitetyn atomin välillä ja se sijaitsee tasaisesti yhdessä tasossa.
Jotta jokainen sidottu atomi voidaan sijoittaa mahdollisimman kauas toisistaan, molekyyli, jossa on neljä atomia, ympäröi keskusatomia ja jolla ei ole yksinäisiä pareja, on tetraedrinen muoto. Kukin sidoskulma on 109.5 astetta, muodostaen tetraedrin, jonka keskiatomi on sisäpuolella. Samalla tavalla, kun jokainen ylimääräinen atomi on sitoutunut keskusatomiin, muoto muuttuu, kun sitoutuneet atomit työntyvät pois toisistaan. Yksinäisten parien läsnäollessa atomin molekyyligeometria muuttuu, koska yksinäinen pari aiheuttaa myös vastenmielisyyttä. Molekyylillä, jossa on kolme atomia ja yksi yksinäinen pari, joka ympäröi keskusatomia, on trigonaalinen pyramidimuoto, jossa keskiatomi on pyramidin yläosassa ja kolme kiinnittynyttä atomia työntävät yksinäinen pari keskiatomin alapuolelle.