应该说化合物的原子结合在一起的样子，跟它们的化学结构式是基本接近的。通过先进的显微探测技术，我们可以看到分子的直观形态。分子当中的原子之间是由不同的化学键连接的，化学键具有固定且平衡的几何形状——键长和键角——并通过振动和旋转运动不断振荡。

对于具有复杂三维结构的分子，特别是涉及四键原子（如碳原子）的情况，简单的分子式或甚至半结构化学式可能不足以完全确定分子的形态。在这种情况下，可能需要称为结构式的图形来描述。

上图：萜类化合物阿替烷的3D（左和中）和2D（右）结构展现。

原子力显微镜（AFM）或扫描力显微镜（SFM）是一种扫描探针显微镜（SPM），其分辨率约为纳米级，比光学衍射极限高出1000倍以上。通过用机械探针“感觉”或“触摸”表面来收集信息。

扫描隧道显微镜（STM）是用于在原子水平上进行表面成像的仪器。STM基于量子隧穿的效应。当导电尖端非常靠近待检查的表面时，在两者之间施加的偏压（电压差）可以允许电子穿过它们之间的真空。导电尖端位置产生的隧道电流是施加的电压和样品的局部态密度（LDOS）的函数。通过导电尖端在物质表面扫描时监视电流变化即可获取信息，并且通常以图像形式展示。STM可能是一项具有挑战性的技术，因为它需要非常干净和稳定的表面，锋利的尖端，出色的振动控制和大量精密的辅助电子设备，但已经有许多业余爱好者自己搞出来。

我们来看一些分子的照片：

上图：3,4,9,10-苝四甲酸二酐（一种有机染料）分子的原子力显微镜（AFM）图像，其中可见五个六碳环。

上图：并五苯分子的扫描隧道显微镜图像，由五个碳环的线性链组成。

上图：1,5,9-三氧-13-氮杂三烯的原子力显微镜图像及其化学结构。

上图：“靛星”树枝状聚合物分子的结构和STM图像。靛星是在食品实验室里开发的大型星状分子，此分子能够抓住大型带负电的离子。

上图：多个分子之间的化学键。使用非接触原子力显微镜（NC-AFM）对铜基板上的8-羟基喹啉（8-hq）分子中氢键形成的真实空间可视化。

上图：化学反应前后的分子形态变化。搁置在平坦的银表面上的原始反应物分子在反应之前和之后成像，这在温度超过90摄氏度时发生。显示了反应的两种最常见的最终产物。三埃的标尺（一埃是十亿分之一米）表明，反应物和产物的尺度都在十亿分之一米左右。

上图：各种采用CO介导的非接触原子力显微镜（NC-AFM）成像的内部键合结构。

（A）3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PTCDA）的内部键结构;

（B）用NC-AFM解析的内部键结构。第一张图像是通过将单个CO分子吸收到尖端顶点上实现的（C）NC-AFM图像显示吸附在铜基板氯化钠（2ML）溶液中的头孢氨苄A的分子结构鉴定。红色和蓝色原子分别对应于氧和氮；

（D）NC-AFM显示采用“蝴蝶”状排列的二苯并[a，h]噻吩（DBTH）的双稳态构型。黄色原子对应硫；

（E）六苯并蔻烯中的Pauling键;

（F）非弹性隧道谱（IETS）成像显示CO封端的化学键;

（G）NC-AFM图像化学反应的不同步骤与分子下分辨率

（H）在77K的硅表面上的萘四羧酸二酰亚胺（NTCDI）的结构和吸附位点。STM（左）和NC-AFM（右）成像。