Diatomic molecules are molecules composed only of two atoms, of either the same or different chemical elements. The prefix di- is of Greek origin, meaning 2. Common diatomic molecules are hydrogen (H₂), nitrogen (N₂), oxygen (O₂), and carbon monoxide (CO). Seven elements exist as homonuclear diatomic molecules at room temperature: H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, and I₂. Many elements and chemical compounds aside from these form diatomic molecules when evaporated. The noble gases do not form diatomic molecules: this can be explained using molecular orbital theory (see molecular orbital diagram).

Les molécules diatomiques sont des molécules constituées uniquement de deux atomes, soit de même ou de différents éléments chimiques. Le préfixe di- signifie deux en grec.

Двуха́томная моле́кула — молекула, составленная из двух атомов одинаковых элментов. Атомы связаны при помощи межмолекулярного взаимодействия.
Всего восемь элементов образуют двухатомные молекулы:

• Водород H₂
• Азот N₂
• Кислород   O₂
• Фтор F₂
• Хлор Cl₂
• Бром  Br₂
• Йод   I₂
• Астат At₂