เมฆโมเลกุล (อังกฤษ: Molecular Cloud) คือเมฆระหว่างดวงดาวชนิดหนึ่งที่มีความหนาแน่นมากและมีขนาดใหญ่พอจะทำให้เกิดการก่อตัวของโมเลกุลได้ โดยมากจะเป็นโมเลกุลของไฮโดรเจน (H2) บางครั้งก็เรียกว่า "อนุบาลดาวฤกษ์" (อังกฤษ: Stellar nursery) ในกรณีที่มีการก่อตัวของดาวฤกษ์อยู่ภายใน การตรวจจับโมเลกุลไฮโดรเจนโดยการสังเกตการณ์อินฟราเรดหรือการสังเกตการณ์คลื่นวิทยุจะทำได้ยากมาก ดังนั้นการตรวจจับมักใช้การสำรวจความมีอยู่ของ H2 โดยอาศัย CO (คาร์บอนมอนอกไซด์) โดยถือว่าสัดส่วนระหว่างการสะท้อนแสงของ CO กับมวล H2 เป็นค่าคงที่ แม้ว่าหลักการของสมมุติฐานนี้จะยังเป็นที่สงสัยอยู่ในการสังเกตการณ์ดาราจักรแห่งอื่นๆ[1]