En el espacio tridimensional, tres grados de libertad están asociados con el movimiento de una partícula. Por lo tanto, una molécula de gas diatómico tiene 6 grados de libertad. Este conjunto puede descomponerse en términos de traslaciones, rotaciones y vibraciones de la molécula. El centro de movimiento de masa de la molécula completa representa 3 grados de libertad. Además, la molécula tiene dos grados de movimiento rotacional y un modo vibratorio. Las rotaciones ocurren alrededor de los dos ejes perpendiculares a la línea entre los dos átomos. La rotación alrededor del enlace átomo-átomo no es una rotación física. Esto produce, para una molécula diatómica, una descomposición de: 
Para una molécula general (no lineal) con N > 2 átomos, se consideran los 3 grados de libertad de rotación, lo que resulta en la descomposición: 
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