De moleculaire massa of molecuulmassa van een moleculaire stof, is de massa van één molecuul van die stof, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden (u), ook dalton (Da) genoemd.

De oudere, minder correcte benaming is moleculair- of molecuulgewicht, doorgaans afgekort tot MW, van het Engelse 'molecular weight'.

De moleculaire massa is de som van de atoommassa's van de afzonderlijke atomen, waaruit het molecuul is opgebouwd. De atomen van ieder samenstellend scheikundig element zijn een mengsel van verschillende isotopen.

Bij de berekening van de molecuulmassa gaat men standaard uit van de normale, in de natuur voorkomende verhouding van deze isotopen voor elk element. Alleen als het molecuul speciaal gemaakt is met bepaalde isotopen, bijvoorbeeld zwaar water, wordt hiervan afgeweken.

Een voorbeeld is water. De atoommassa's van waterstof en zuurstof zijn respectievelijk 1,00784 u en 15,999 u. De moleculaire massa van water is dus

${\displaystyle \mathrm {MW_{H_{2}O}} =2\times 1,00784\ \mathrm {u} +15,999\ \mathrm {u} =18,015\ \mathrm {u} .}$

Voor zwaar water (D₂O) is dit

${\displaystyle \mathrm {MW_{D_{2}O}} =2\times 2,0141\ \mathrm {u} +15,999\ \mathrm {u} =20,027\ \mathrm {u} .}$

Elke gegeven stof die is opgebouwd uit moleculen, heeft een specifieke moleculaire massa, maar een moleculaire massa identificeert niet direct het molecuul wat betreft zijn uiteindelijke structuur. Isomeren van een moleculaire stof hebben bijvoorbeeld dezelfde molecuulmassa, maar een andere structuur.

Met behulp van massaspectrometrie kan de moleculaire massa van een moleculaire verbinding bijna direct worden gemeten.

In tegenstelling tot kleine moleculen als water, benzeen of ethanol heeft een polymeer niet één exacte moleculaire massa, maar bestaat het uit een mengsel van macromoleculen met verschillende moleculaire massa's. Bij polyetheen bijvoorbeeld varieert dat van ca. 500.000 tot een paar miljoen. De verdeling van de moleculaire massa's (polydispersiteit) heeft een zeer grote invloed op de eigenschappen van het polymeer. Het meten van een dergelijke verdeling wordt bijvoorbeeld gedaan met gelpermeatiechromatografie, dampdrukosmometrie of viscosimetrie. Een meer geavanceerde methode is MALDI-TOF (afkorting voor matrix assisted laser desorption ionization-time of flight analyzer), een vorm van massaspectrometrie waarbij het polymeer wordt ingebed in een organische matrix en door een laser in de gasfase wordt gebracht. Een polymeer dat bestaat uit een driedimensionaal netwerk, zoals hard polyurethaanschuim, heeft een zeer grote moleculaire massa. Een stuk schuim is dan één gigantisch molecuul. Indien men het schuim in twee stukken breekt, heeft men twee moleculen.