水合分子是指某些物質溶於水時，其分子（或原子）與水分子結合形成的化合物。這種結合通常涉及氫鍵的形成，例如乙醇（C2H5OH）與水分子結合生成的C2H5OH·H2O，或者氨（NH3）與水分子結合生成的NH3·H2O。這些水合分子之間的結合主要是通過氫鍵，而不是化學鍵，因此它們的穩定性相對較低。
水合過程通常是放熱過程，意味著在形成水合分子的過程中會釋放熱量。然而，物質溶解時，溶質的微粒需要克服它們之間的相互吸引力離開溶質，這個過程需要消耗能量，因此物質溶解時會吸收熱量。需要注意的是，水合過程是化學反應，而溶解過程是物理過程。
水合物也可以指含有水的化合物，其範圍相當廣泛。例如，水合金屬離子或水合三氯乙醛中的水可以以配位鍵與其他部分相連。在特定溫度和壓力條件下，天然氣中的某些組分與水分可以形成水合物，表現為白色晶體，外觀類似緻密的冰雪。
需要注意的是，有些水合分子如五水硫酸銅（CuSO4·5H2O），其中的水分子形成了晶體結構，這與上述通過氫鍵結合的水合分子不同。五水硫酸銅中的水分子形成了化學鍵，因此在表述時需要明確寫出「五水硫酸銅」這樣的形式。