Molekulová hmotnosť je vyjadrená ako súčet hmotností atómov, ktoré tvoria molekulu látky. Zvyčajne sa vyjadruje v a.u.m., (atómové hmotnostné jednotky), niekedy tiež nazývané d alton a označované ako D. Pre 1 a.m.u. dnes je akceptovaná 1/12 hmotnosti C12 atómu uhlíka, čo v jednotkách hmotnosti je 1,66057,10-27 kg.
Atómová hmotnosť vodíka rovná 1 teda ukazuje, že atóm vodíka H1 je 12-krát ľahší ako atóm uhlíka C12. Vynásobením molekulovej hmotnosti chemickej zlúčeniny číslom 1 66057,10-27 dostaneme hodnotu hmotnosti molekuly v kilogramoch.
V praxi však používajú vhodnejšiu hodnotu Mot=M/D, kde M je hmotnosť molekuly v rovnakých hmotnostných jednotkách ako D. Molekulová hmotnosť kyslíka vyjadrená v uhlíkových jednotkách je 16 x 2=32 (molekula kyslíka je dvojatómová). Rovnakým spôsobom sa pri chemických výpočtoch počítajú aj molekulové hmotnosti iných zlúčenín. Molekulová hmotnosť vodíka, v ktorom je molekula tiež dvojatómová, je 2 x 1=2.
Molekulová hmotnosť je charakteristika priemernej hmotnosti molekuly, berie do úvahy izotopové zloženie všetkých prvkov, ktoré tvoria danú chemickú látku. Tento ukazovateľ možno určiť aj pre zmes viacerých látok, ktorých zloženie je známe. Konkrétne, molekulová hmotnosť vzduchu môže byť braná ako 29.
Skôr v chémii sa používal koncept gram-molekuly. Dnes je tento pojem nahradený molom - množstvom látky obsahujúcej počet častíc (molekúl, atómov, iónov) rovný Avogadrovej konštante (6,022 x 1023). Dodnes sa tradične používa aj pojem „molárna (molekulová) hmotnosť“. Ale na rozdiel od hmotnosti, ktorá závisí od zemepisných súradníc, hmotnosť je konštantný parameter, takže je ešte správnejšie použiť tento koncept.
Molekulovú hmotnosť vzduchu, podobne ako iných plynov, možno zistiť pomocou Avogadrovho zákona. Tento zákon hovorí, že za rovnakých podmienok v rovnakých objemoch plynov je rovnaký počet molekúl. Výsledkom je, že pri určitej teplote a tlaku bude mól plynu zaberať rovnaký objem. Ak vezmeme do úvahy, že tento zákon je pre ideálne plyny prísne dodržiavaný, mól plynu, ktorý obsahuje 6,022 x 1023 molekúl, zaberá pri 0 °C a tlaku 1 atmosféry objem rovnajúci sa 22,414 litrom.
Molekulová hmotnosť vzduchu alebo akýchkoľvek iných plynných látok je nasledovná. Hmotnosť nejakého známeho objemu plynu je určená s určitosťoutlak a teplota. Potom sa zavedú korekcie na neideálnosť skutočného plynu a pomocou Clapeyronovej rovnice PV=RT sa objem zníži na tlakové podmienky 1 atmosféra a 0 °C. Ďalej, ak poznáme objem a hmotnosť za týchto podmienok ideálny plyn, je ľahké vypočítať hmotnosť 22,414 litra študovanej plynnej látky, to znamená jej molekulovú hmotnosť. Takto bola určená molekulová hmotnosť vzduchu.
Táto metóda poskytuje pomerne presné hodnoty molekulových hmotností, ktoré sa niekedy používajú aj na určenie atómových hmotností chemických zlúčenín. Pre hrubý odhad molekulovej hmotnosti sa plyn zvyčajne považuje za ideálny a nevykonávajú sa žiadne ďalšie korekcie.
Vyššie uvedená metóda sa často používa na určenie molekulových hmotností prchavých kvapalín.
