Молекуля́рная фи́зика, раздел физики, в котором исследуются физические свойства тел на основе рассмотрения их молекулярного строения. В молекулярной физике изучаются: строение вещества и его изменение под влиянием внешних факторов (давления, температуры, различных физических полей); явления переноса энергии, импульса и вещества; фазовое равновесие и фазовые переходы 1-го и 2-го родов; поверхностные явления на границах раздела фаз; явления, связанные с уменьшением характерных размеров тел.

Первые предположения о дискретном строении вещества возникли в глубокой древности (Левкипп, Демокрит). В 17 в. эти идеи возродил П. Гассенди. В 1660 г. Р. Бойль выполнил опыты по сжимаемости газов и предложил объяснение наблюдаемых свойств на основе представления о мельчайших частицах газов, которые он, следуя Гассенди, назвал молекулами. Теоретическое объяснение законов, установленных Бойлем, на основе гипотезы молекулярного строения вещества впервые дал Д. Бернулли. Он выразил (1738) давление газа через число столкновений молекул со стенкой и пришёл к выводу о возрастании скорости молекул газа с ростом температуры.

В 18–19 вв. молекулярная теория строения вещества была развита в работах М. В. Ломоносова, Дж. Джоуля, Р. Клаузиуса, Дж. К. Максвелла и Л. Больцмана. Прямая экспериментальная проверка теоретических выводов о распределении молекул газа по скоростям проведена методом молекулярных пучков Л. Дюнуайе (1911) и О. Штерном (1920).

Развитию молекулярной физики способствовали также исследования броуновского движения, впервые описанные Р. Броуном (1827). Теоретические обоснования гипотезы о молекулярной природе броуновского движения даны в статистической теории А. Эйнштейна (1905) и М. Смолуховского (1906). Блестящая экспериментальная проверка справедливости этой теории, выполненная в работах Ж. Перрена (1908–1913) и Т. Сведберга (1906–1911), привела к признанию молекулярно-кинетической теории строения вещества. В процессе развития кинетической теории газов работами Дж. К. Максвелла, Л. Больцмана, Дж. У. Гиббса создана классическая статистическая физика.

Количественные представления о взаимодействии молекул начали развиваться в теории капиллярных явлений. Классические работы в этой области, выполненные А. Клеро (1743), П.-С. Лапласом (1806), Т. Юнгом (1805), С. Пуассоном (1831), К. Гауссом (1830), Ж. Плато (1843), Дж. Рэлеем (1890) и др., положили начало теории поверхностных явлений. Молекулярные взаимодействия учтены Й. Д. Ван дер Ваальсом при объяснении физических свойств реальных газов и жидкостей (1873), а также при построении термодинамической теории капиллярности (1894). Идеи Ван дер Ваальса о квазиассоциациях молекул, вызванных молекулярным взаимодействием, использованы в одном из основных подходов статистической механики реальных газов – в вириальном разложении, предложенном Х. Камерлинг-Оннесом (1901) и обоснованном английским математиком Х. Урселлом (1927) и Дж. Майером (1937).

Вопрос о природе межмолекулярных взаимодействий впервые был поставлен П. Н. Лебедевым (1894), который указал на их электромагнитный характер. В 20 в. количественная теория молекулярных сил развивалась в работах Ф. Лондона (1930), нидерландских физиков Х. Казимира и Д. Польдера (1948) и в дальнейшем была применена при построении микроскопической теории молекулярного взаимодействия нидерландского физика Х. Гамакера (1937) и макроскопической теории молекулярного взаимодействия между конденсированными телами Е. М. Лифшица (1954). Прямые экспериментальные измерения сил молекулярного притяжения в зависимости от расстояния между телами впервые были выполнены российскими учёными Б. В. Дерягиным и И. И. Абрикосовой (1951) и показали количественное согласие с развитой позднее макроскопической теорией И. Е. Дзялошинского, Е. М. Лифшица и Л. П. Питаевского (1959), обобщившей подход Лифшица на случай взаимодействия тел через прослойку конденсированной фазы.

Развитие молекулярной физики привело к выделению из неё самостоятельных разделов: статистической физики, физической кинетики, физики конденсированного состояния вещества и др. На основе общих теоретических представлений молекулярной физики получили развитие физика полимеров, кристаллофизика, физика плазмы, коллоидная химия, теории массо- и теплопереноса, физико-химическая механика, физика наноразмерного состояния вещества. При всём различии объектов и методов исследования, в этих разделах науки сохраняется главная идея молекулярной физики – описание макроскопических свойств вещества на основе микроскопической (молекулярной) картины его строения.

Задачи молекулярной физики связаны с изучением движения и взаимодействия частиц (атомов, молекул, ионов, электронов), составляющих физические тела. Для решения этих задач применяются теоретические, экспериментальные и численные методы статистической и квантовой механики, термодинамики и физической кинетики, электродинамики, спектроскопии. Развитые в 20 в. экспериментальные методы, такие как электронная и атомно-силовая микроскопия, масс-спектрометрия, различные виды спектроскопии (радиочастотная, оптическая, рентгеновская) и ядерный магнитный резонанс, позволяют с высокой точностью определять строение и размеры атомов и молекул, изучать закономерности их взаимодействия.