الجزيئات ثنائية الذرة هي الجزيئات التي تتكون من ذرتين من نفس العنصر أو من عنصرين مختلفين . الجزيئات ثنائية الذرة هي التي توجد فقط في حالتها العادية في شكل ثنائي الذرة ، وتعرف أيضا بأنها متجانسة الذرات . والأمثلة على ذلك جزيئ الهيدروجين H2 وكذلك جزيئ الأكسجين O2. ويتكون الغلاف الجوي بنسبة 99 % تقريبا من جزيئات ثنائية الذرة للعنصرين الأكسجين (O2) والنيتروجين (N2).
كما يتواجد الأكسجين أيضا في شكل ثلاثي الذراتالأوزون (O3) .ويوجد الأوزون أيضا طبيعيا في الغلاف الجوي العالي.