分子イオン（ぶんしイオン、英: molecular ion）または多原子イオン(polyatomic ion) は、共有結合または錯体を作る2つまたはそれより多くの原子から構成されるイオンである。酸塩基化学においては単一の構造として働き、塩(えん)を形成する。かつては、必ずしも電荷を持たず、不対電子を持つラジカルの意味でも用いられていた。

例えば、水酸化物イオンは、1つの酸素原子と1つの水素原子から構成されており、OH-と表わされ、-1の電荷を持つ。アンモニウムイオンは、1つの窒素原子と4つの水素原子から構成され、NH4+の化学式を持ち、電荷は+1である。

分子イオンは、しばしば中性分子の共役酸または共役塩基と考えられる。例えば、硫酸イオンSO42-は、SO3+H2Oに分解されるH2SO4に由来する。
命名

分子イオンの命名には、2つの規則がある。1つ目は、biという接頭辞が付けられると、化学式に水素が1つ加わり、電荷が1増加する。biの代わりにhydrogenという言葉が用いられる場合もある。H+とCO32-から構成されるHCO3-は、bicarbonateまたはhydrogen carbonateと呼ばれる。

多くの分子イオンは、非金属元素酸化物由来の酸の共役塩基である。例えば、SO42-は、H2SO4に由来する。

2つ目の規則は、イオンの酸素原子の数に着目したものである。塩素のオキソアニオンを例にとると、以下のようになる。

酸化数?1+1+3+5+7
陰イオン名塩化物イオン次亜塩素酸イオン亜塩素酸イオン塩素酸イオン過塩素酸イオン
化学式 Cl − {\displaystyle {\ce {Cl^-}}} ClO − {\displaystyle {\ce {ClO^-}}} ClO 2 − {\displaystyle {\ce {ClO2{}^-}}} ClO 3 − {\displaystyle {\ce {ClO3{}^-}}} ClO 4 − {\displaystyle {\ce {ClO4{}^-}}}
構造

まず、基本となる名前は、-ateという語尾を持つ。1つ酸素が付加されると、perという接頭辞が付けられる。酸素が1つ減ると-ateの語尾が-iteに変わり、もう1つ減ると-iteの語尾はそのままでhypoという接頭辞が付けられる。これら全ての場合において、電荷は影響を受けない。

以上の規則は、全ての分子イオンに適用はできないが、ほとんどの場合（硫酸イオン、リン酸イオン、硝酸イオン、塩素酸イオン）に適用可能である。
分子イオンの例

以下の表は、分子イオンの例である。

陰イオン
酢酸イオン CH 3 COO − {\displaystyle {\ce {CH3COO{}^{-}}}}
アセチリド C 2 2 − {\displaystyle {\ce {C2{}^{2-}}}}
安息香酸イオン C 6 H 5 COO − {\displaystyle {\ce {C6H5COO{}^{-}}}}
炭酸水素イオン HCO 3 − {\displaystyle {\ce {HCO3{}^{-}}}}
炭酸イオン CO 3 2 − {\displaystyle {\ce {CO3{}^{2-}}}}