水合分子是指某些物質在溶於水時，其分子（或原子）與水分子結合生成的新分子。這種結合可能涉及氫鍵的形成，例如乙醇（C2H5OH）和水（H2O）結合生成的C2H5OH·H2O，或者氨（NH3）和水（H2O）結合生成的NH3·H2O。此外，稀有氣體的原子和小分子氣體如氯氣（Cl2）和二氧化硫（SO2）在溶解於水時，也可以與水分子結合生成絡合物，這也可以被視為一種水合作用，因此也可以被看作是水合分子。
水合分子也可以指含有水的化合物，其範圍相當廣泛。水可以以配位鍵與其他部分相連，如水合金屬離子，也可以是以共價鍵相結合，如水合三氯乙醛。在某些情況下，水合分子是指結晶物，例如五水硫酸銅。
水合過程是指水分子以其氫基和羥基與物質分子的不飽和鍵加成生成新的化合物的過程。這個過程在有機化工生產中得到廣泛套用。水以分子的形式與物質的分子結合形成複合物（如鹽類的含水晶體，烴類的水合物等）的過程，也可以廣義地稱為水合。