Рухомістю молекул визначається здатність речовини до дифузії, її в'язкість, теплопровідність тощо. Перший прямий експериментальний доказ існування молекул було отримано французьким фізиком Ж. Перреном в 1906 році під час вивчення броунівського руху. Сучасна експериментальна техніка, така як атомно-силова чи скануюча тунельна мікроскопія, дозволяє отримувати зображення молекул на атомному рівні роздільності.