Molekulární hmotnost je vyjádřena jako součet hmotností atomů, které tvoří molekulu látky. Obvykle se vyjadřuje v a.u.m. (atomové hmotnostní jednotky), někdy také nazývané d alton a označované D. Pro 1 a.m.u. dnes je akceptována 1/12 hmotnosti C12 atomu uhlíku, což v jednotkách hmotnosti je 1 66057,10-27 kg.
Atomová hmotnost vodíku rovna 1 tedy ukazuje, že atom vodíku H1 je 12krát lehčí než atom uhlíku C12. Vynásobením molekulové hmotnosti chemické sloučeniny číslem 1, 66057,10-27, dostaneme hodnotu hmotnosti molekuly v kilogramech.
V praxi však používají pohodlnější hodnotu Mot=M/D, kde M je hmotnost molekuly ve stejných hmotnostních jednotkách jako D. Molekulová hmotnost kyslíku vyjádřená v uhlíkových jednotkách je 16 x 2=32 (molekula kyslíku je dvouatomová). Stejně tak se při chemických výpočtech počítají i molekulové hmotnosti jiných sloučenin. Molekulová hmotnost vodíku, ve kterém je molekula rovněž dvouatomová, je 2 x 1=2.
Molekulová hmotnost je charakteristika průměrné hmotnosti molekuly, bere v úvahu izotopové složení všech prvků, které tvoří danou chemickou látku. Tento ukazatel lze stanovit i pro směs více látek, jejichž složení je známé. Konkrétně, molekulová hmotnost vzduchu může být brána jako 29.
Dříve se v chemii používal koncept grammolekuly. Dnes je tento pojem nahrazen molem - množstvím látky obsahující počet částic (molekul, atomů, iontů) rovný Avogadrově konstantě (6,022 x 1023). Dodnes se také tradičně používá termín "molární (molekulární) hmotnost". Ale na rozdíl od hmotnosti, která závisí na zeměpisných souřadnicích, je hmotnost konstantním parametrem, takže je stále správnější používat tento koncept.
Molekulární hmotnost vzduchu, stejně jako jiných plynů, lze zjistit pomocí Avogadrova zákona. Tento zákon říká, že za stejných podmínek ve stejných objemech plynů je stejný počet molekul. Výsledkem je, že při určité teplotě a tlaku bude mol plynu zabírat stejný objem. Vzhledem k tomu, že tento zákon je přísně dodržován pro ideální plyny, zaujímá mol plynu obsahující 6,022 x 1023 molekul při 0 °C a tlaku 1 atmosféry objem rovný 22,414 litrům.
Molekulová hmotnost vzduchu nebo jakýchkoli jiných plynných látek je následující. Hmotnost nějakého známého objemu plynu je určena s jistotoutlak a teplota. Poté se zavedou korekce na neideálnost skutečného plynu a pomocí Clapeyronovy rovnice PV=RT se objem redukuje na tlakové podmínky 1 atmosféra a 0 °C. Dále, znalost objemu a hmotnosti za těchto podmínek pro ideální plyn, lze snadno vypočítat hmotnost 22,414 litrů studované plynné látky, tedy její molekulovou hmotnost. Takto byla stanovena molekulová hmotnost vzduchu.
Tato metoda poskytuje poměrně přesné hodnoty molekulových hmotností, které se někdy používají i ke stanovení atomových hmotností chemických sloučenin. Pro hrubý odhad molekulové hmotnosti se plyn obvykle považuje za ideální a neprovádějí se žádné další korekce.
Výše uvedená metoda se často používá ke stanovení molekulových hmotností těkavých kapalin.
