Molekulargewicht, Gewicht eines Moleküls einer Substanz, ausgedrückt in atomaren Masseneinheiten (amu). Das Molekulargewicht kann aus der Molekularformel des Stoffes berechnet werden; es ist die Summe der Atomgewichte der Atome, aus denen das Molekül besteht. Wasser hat zum Beispiel die Summenformel H2O, was bedeutet, dass ein Wassermolekül aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom besteht. Auf drei Dezimalstellen gerundet, beträgt das Atomgewicht von Wasserstoff 1,008 amu und das von Sauerstoff 15,999 amu. Das Molekulargewicht von Wasser beträgt also (21,008)+(115,999)=2,016+15,999=18,015 amu. Da Atomgewichte Durchschnittswerte sind, sind auch die Molekulargewichte Durchschnittswerte. Im Durchschnitt wiegt ein Molekül gewöhnlichen Wassers 18,015 amu. Sowohl Wasserstoff als auch Sauerstoff bestehen aus mehreren Isotopen. Ein Isotop des Wasserstoffs ist Deuterium, auch schwerer Wasserstoff genannt. Deuterium-Atome sind etwa doppelt so schwer wie der Durchschnitt aller Wasserstoffatome in normalem Wasser. Daher hat Wasser, das nur Deuteriumatome enthält, das so genannte schwere Wasser, ein höheres Molekulargewicht als gewöhnliches Wasser. Einige Stoffe, insbesondere ionische Verbindungen wie Kochsalz, bestehen nicht aus Molekülen und haben daher weder eine Summenformel noch ein Molekulargewicht.

Molekulargewichte von Stoffen können auf verschiedene Weise experimentell bestimmt werden, wobei die verwendete Methode in der Regel vom Zustand (fest, flüssig oder gasförmig) des Stoffes abhängt. Die Methoden zur Bestimmung des Molekulargewichts gasförmiger Stoffe beruhen auf dem Avogadroschen Gesetz, das besagt, dass ein bestimmtes Volumen eines Gases unter gegebenen Temperatur- und Druckbedingungen eine bestimmte Anzahl von Gasmolekülen enthält; ein Vergleich der Gewichte gleicher Volumina verschiedener Gase unter denselben Temperatur- und Druckbedingungen ist daher gleichbedeutend mit einem direkten Vergleich der Molekulargewichte der Gase. Die Molekulargewichte von Substanzen, die normalerweise nicht gasförmig sind und nicht ohne Zersetzung verdampfen, werden manchmal anhand ihrer Auswirkungen auf den Schmelzpunkt, den Siedepunkt, den Dampfdruck oder den osmotischen Druck eines Lösungsmittels bestimmt (siehe kolligative Eigenschaften). Wenn die Substanz jedoch ionisiert oder nicht vollständig in Moleküle zerfällt, ist das auf diese Weise bestimmte Molekulargewicht fehlerhaft. Hochgenaue Molekulargewichte werden manchmal mit Hilfe des Massenspektrographen bestimmt.

Einige Substanzen, z. B. Proteine, Viren und bestimmte synthetische Polymere, haben sehr hohe Molekulargewichte. Diese Molekulargewichte können durch Messung der Sedimentationsrate in einer Ultrazentrifuge, durch Lichtstreuphotometrie oder durch andere Methoden bestimmt werden. Die Methoden können zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, da die Moleküle eines Stoffes wie eines Polymers in der Regel nicht alle genau das gleiche Molekulargewicht haben. Mit diesen Methoden wird ein durchschnittliches Molekulargewicht für die Moleküle in der Probe bestimmt. Das mit der Ultrazentrifugenmethode ermittelte zahlenmittlere Molekulargewicht ergibt einen Wert, der gleich dem Gewicht der Probe geteilt durch die Anzahl der Moleküle in der Probe ist. Dieses zahlenmittlere Molekulargewicht kann auch mit anderen Methoden bestimmt werden, die auf der Messung von kolligativen Eigenschaften beruhen. Bei der Lichtstreumethode wird das so genannte gewichtsmittlere Molekulargewicht bestimmt. Dieses kann zwar der gleiche Wert wie das zahlenmittlere Molekulargewicht sein, wenn alle Moleküle nahezu das gleiche Gewicht haben, es ist jedoch höher, wenn einige der Moleküle schwerer sind als andere.