İki atomlu bir molekül, kimyasal bağlarla birbirine bağlı iki atomdan oluşan sabit bir gruptur. Aynı elementten oluşan iki atomlu atomlara iki atomlu elemanlar denir. Standart sıcaklık ve basınçta gaz olarak bulunan beş diatomik element vardır: hidrojen, azot, oksijen, flor ve klor.
Ek olarak, yüksek sıcaklıklarda, brom ve iyot da diatomik elementler olarak mevcuttur. Halojenlerin en ağır olanı olan Astatin, iki atomlu bir molekül oluşturmak için teoriktir, ancak bu doğrulanmamıştır.
Diyatomik bileşikler, farklı elementlere sahip iki atom molekülüdür. Bazı örnekler arasında karbon monoksit, nitrik oksit, silikon monoksit ve hidrojen klorit bulunur. Diyatomik moleküller evrendeki en bol bileşik türüdür.
