masa cząsteczkowa, masa cząsteczki substancji wyrażona w jednostkach masy atomowej (amu). Masa cząsteczkowa może być obliczona na podstawie wzoru cząsteczkowego substancji; jest to suma mas atomowych atomów tworzących cząsteczkę. Na przykład, woda ma wzór cząsteczkowy H2O, co oznacza, że w cząsteczce wody znajdują się dwa atomy wodoru i jeden atom tlenu. W zaokrągleniu do trzech miejsc po przecinku, masa atomowa wodoru wynosi 1,008 amu, a tlenu 15,999 amu. Masa cząsteczkowa wody wynosi więc (21,008)+(115,999)=2,016+15,999=18,015 amu. Ponieważ masy atomowe są wartościami średnimi, masy cząsteczkowe są również wartościami średnimi. Średnio cząsteczka zwykłej wody waży 18,015 amu. Zarówno wodór jak i tlen składają się z kilku izotopów. Jednym z izotopów wodoru jest deuter, czyli ciężki wodór. Atomy deuteru są około dwa razy masywniejsze niż średnia masa wszystkich atomów wodoru w zwykłej wodzie. Dlatego woda, która zawiera tylko atomy deuteru, zwana ciężką wodą, ma większą masę cząsteczkową niż zwykła woda. Niektóre substancje, zwłaszcza związki jonowe, takie jak sól kuchenna, nie składają się z cząsteczek i dlatego nie mają ani wzoru cząsteczkowego, ani masy cząsteczkowej.

Ciężary cząsteczkowe substancji mogą być określane doświadczalnie na różne sposoby, a zastosowana metoda zwykle zależy od stanu (stałego, ciekłego lub gazowego) substancji. Metody określania mas cząsteczkowych substancji gazowych opierają się na prawie Avogadro, które mówi, że w danych warunkach temperatury i ciśnienia dana objętość dowolnego gazu zawiera określoną liczbę cząsteczek tego gazu; zatem porównanie mas równych objętości różnych gazów w tych samych warunkach temperatury i ciśnienia jest równoważne bezpośredniemu porównaniu mas cząsteczek tych gazów. Masy cząsteczkowe substancji, które normalnie nie są gazowe i nie parują bez rozkładu, są czasami określane na podstawie ich wpływu na temperaturę topnienia, temperaturę wrzenia, ciśnienie pary lub ciśnienie osmotyczne jakiegoś rozpuszczalnika (patrz właściwości koligacyjne). Jednakże, jeśli substancja jonizuje lub nie rozdziela się całkowicie na cząsteczki, masa cząsteczkowa określona w ten sposób będzie błędna. Bardzo dokładne masy cząsteczkowe są czasami oznaczane za pomocą spektrografu masowego.

Niektóre substancje, np. białka, wirusy i niektóre polimery syntetyczne, mają bardzo duże masy cząsteczkowe. Te masy cząsteczkowe mogą być określone przez pomiar szybkości sedymentacji w ultrawirówce, przez fotometrię z rozpraszaniem światła lub innymi metodami. Metody te mogą dawać różne wyniki, ponieważ zazwyczaj nie wszystkie cząsteczki substancji takiej jak polimer mają dokładnie taką samą masę cząsteczkową. Metody te określają średnią masę cząsteczkową dla cząsteczek w próbce. Liczbowo-średnia masa cząsteczkowa określona metodą ultrawirówki daje wartość, która jest równa masie próbki podzielonej przez liczbę cząsteczek w próbce. Ta liczbowo-średnia masa cząsteczkowa może być również określona innymi metodami opartymi na pomiarze właściwości koligacyjnych. Metoda rozpraszania światła określa tak zwaną średnią wagową masę cząsteczkową. Chociaż może to być taka sama wartość jak średnia liczbowa masa cząsteczkowa, jeżeli wszystkie cząsteczki mają prawie taką samą masę, będzie ona wyższa, jeżeli niektóre z cząsteczek są cięższe od innych.

.