多原子分子的自由度是指分子内部各个原子在空间中运动的独立方式数量。对于一个具有N个原子的非线性多原子分子，其自由度可以按照下列公式计算：
自由度 = 3N - 6
这里的“3”代表三维空间中每个原子可以移动的三个方向（X、Y、Z轴）。由于分子作为一个整体在空间中也可以移动和旋转，所以需要减去这两种运动方式的自由度（3个平移自由度和3个旋转自由度）。因此，对于非线性多原子分子，总共有3N - 6个自由度。
对于线性多原子分子（例如二氧化碳CO2），由于其对称性，只有两个旋转自由度（绕X和Y轴），而不是三个，因此其自由度为：
自由度 = 3N - 5
在实际应用中，这些自由度对应于分子振动模式，例如伸缩振动、弯曲振动等。了解分子的自由度对于研究其光谱性质、化学反应动力学以及分子结构等方面都是非常重要的。
自由度是确定物体状态所需的独立坐标数，据热力学中的能量均分定理，每个自由度的能量相等（当然没考虑量子效应啦），都为Tk/2（振动包括动能和势能，所以振动能量为（Tk/2）*2），单原子分子仅有3个平动自由度，所以为3Tk/2，非刚性双原子分子有3个平动自由度，2个转动自由度，1个振动自由度，所以为（3+2+1*2）Tk/2，非刚性三原子分子有3个平动自由度，3个转动自由度，3个振动自由度所以为（3+3+3*2）Tk/2，刚性分子不用考虑振动，一般非刚性分子有3*n个自由度,3个平动自由度,3个转动自由度,（n为原子个数，n>2）,所以有n-6个振动自由度。不能说每个分子的能量都是iTk/2，这是统计规律。
