A diferencia de los compuestos iónicos, los compuestos moleculares están formados por unidades moleculares discretas y por elementos no metálicos. Muchos compuestos moleculares son compuestos binarios, y su nomenclatura se realiza de modo similar a la de los compuestos iónicos binarios. Se nombra primero el segundo elemento de la formula, adicionando el sufijo “uro” a la raíz del nombre del elemento y después se nombra el primer elemento. Por ejemplo: HCl, cloruro de hidrógeno, HBr, bromuro de hidrógeno y SiC, carburo de silicio.
Es muy común que un par de elementos formen diferentes compuestos. En estos casos la nomenclatura se realiza con prefijos griegos que denotan el número de átomos de cada uno de los elementos. Por ejemplo, CO es monóxido de carbono y CO2, es dióxido de carbono. Otro ejemplo es, NO2 llamado dióxido de nitrógeno y N2O4, tetróxido de dinitrógeno. Puede observarse que el prefijo mono se puede omitir para el primer elemento.
La excepción para el uso de prefijos griegos es el caso de compuestos moleculares que contienen hidrógeno. Tradicionalmente, muchos de estos compuestos se llaman por sus nombres no sistemáticos o mediantes nombres que no incluyen el número de átomos de hidrógeno. Por ejemplo: CH4 es el metano, el NH3 es amoníaco, y H2O es agua.
Generalmente, es muy sencillo escribir las fórmulas de los compuestos moleculares. Así, el nombre trifluoruro de arsénico indica que hay un átomo de As (arsénico) y tres átomos de F (fluor) en cada molécula; y que su fórmula molecular es AsF3. Obsérvese que el orden de aparición de los elementos en la fórmula es inverso al nombre.