molekyylipaino, aineen molekyylin paino atomimassayksikköinä (amu) ilmaistuna. Molekyylipaino voidaan laskea aineen molekyylikaavasta; se on molekyylin muodostavien atomien atomipainojen summa. Esimerkiksi veden molekyylikaava on H2O, mikä osoittaa, että vesimolekyylissä on kaksi vetyatomia ja yksi happiatomi. Kolmeen desimaaliin pyöristettynä vedyn atomipaino on 1,008 amu ja hapen 15,999 amu. Veden molekyylipaino on siis (21,008)+(115,999)=2,016+15,999=18,015 amu. Koska atomipainot ovat keskiarvoja, myös molekyylipainot ovat keskiarvoja. Tavallisen veden molekyyli painaa keskimäärin 18,015 amu. Sekä vety että happi koostuvat useista isotoopeista. Yksi vedyn isotoopeista on deuterium eli raskas vety. Deuteriumin atomit ovat noin kaksi kertaa niin massiivisia kuin tavallisen veden kaikkien vetyatomien keskiarvo. Siksi vedellä, joka sisältää vain deuterium-atomeja ja jota kutsutaan raskaaksi vedeksi, on suurempi molekyylipaino kuin tavallisella vedellä. Jotkin aineet, erityisesti ioniset yhdisteet, kuten keittosuola, eivät koostu molekyyleistä, joten niillä ei ole molekyylikaavaa eikä molekyylipainoa.

Aineiden molekyylipainot voidaan määrittää kokeellisesti eri tavoin, ja käytetty menetelmä riippuu yleensä aineen tilasta (kiinteä, nestemäinen tai kaasu). Kaasumaisten aineiden molekyylipainojen määritysmenetelmät perustuvat Avogadron lakiin, jonka mukaan tietyissä lämpötila- ja paineolosuhteissa tietty tilavuus mitä tahansa kaasua sisältää tietyn määrän kaasun molekyylejä; näin ollen eri kaasujen yhtä suurten tilavuuksien painojen vertailu samoissa lämpötila- ja paineolosuhteissa vastaa kaasujen molekyylipainojen suoraa vertailua. Niiden aineiden molekyylipainot, jotka eivät tavallisesti ole kaasumaisia ja jotka eivät haihdu ilman hajoamista, määritetään joskus niiden vaikutuksesta jonkin liuottimen sulamispisteeseen, kiehumispisteeseen, höyrynpaineeseen tai osmoottiseen paineeseen (ks. kolligatiiviset ominaisuudet). Jos aine kuitenkin ionisoituu tai ei jakaannu kokonaan molekyyleiksi, näin määritetty molekyylipaino on virheellinen. Erittäin tarkat molekyylipainot määritetään joskus käyttämällä massaspektrografia.

Joidenkin aineiden, esim. proteiinien, virusten ja tiettyjen synteettisten polymeerien, molekyylipainot ovat hyvin suuria. Nämä molekyylipainot voidaan määrittää mittaamalla sedimentaationopeus ultrasentrifugissa, valonsirontafotometrialla tai muilla menetelmillä. Menetelmät voivat antaa erilaisia tuloksia, koska yleensä polymeerin kaltaisen aineen molekyyleillä ei ole kaikilla täsmälleen sama molekyylipaino. Näillä menetelmillä määritetään näytteen molekyylien keskimääräinen molekyylipaino. Ultracentrifugimenetelmällä määritetty lukumääräkeskimääräinen molekyylipaino antaa arvon, joka on yhtä suuri kuin näytteen paino jaettuna näytteessä olevien molekyylien lukumäärällä. Tämä lukumäärä-keskimääräinen molekyylipaino voidaan määrittää myös muilla menetelmillä, jotka perustuvat kolligatiivisten ominaisuuksien mittaamiseen. Valonsirontamenetelmällä määritetään niin sanottu painokeskimääräinen molekyylipaino. Vaikka tämä voi olla sama arvo kuin lukumäärä-keskimääräinen molekyylipaino, jos kaikilla molekyyleillä on lähes sama paino, se on suurempi, jos osa molekyyleistä on raskaampia kuin toiset.