主要な成分である水素が主に水素分子状態（H₂ガス）で存在している星間ガス雲のこと。星間分子雲とも言う。
温度は絶対温度10 K程度であるため、水素分子成分を輝線で観測することは困難である。そのため、比較的多数存在している一酸化炭素（CO）分子の回転遷移輝線などで主に観測される。分子雲中の分子雲コアと呼ばれる高密度の領域の中心で星が生まれると考えられている。星間物質、星間分子、中性水素ガス雲、ガス星雲も参照。