一个
星系中大多数虚空的密度是每立方厘米大约0.1到1个原子，但是巨分子云的密度是每立方厘米数百万个原子。一个巨分子云包含数十万到数千万个
太阳质量，直径为50到300光年。
巨分子云是大量分子气体的集合体，质量介于10^4–10^6倍太阳质量。云气的直径可以达到数十个秒差距，密度则在每立方厘米10^2–10^3个粒子(在太阳附近是平均每立方厘米一个粒子)。在这些云气内的次结构有复杂的形式，包括丝状体、片状、气泡和不规则的团块等。
密度最高的丝状体和团块部分称为“分子云核”，而密度最高的分子云核，就称为“稠密分子云核”，密度可以高达每立方厘米10^4–10^6个粒子。在观测上，可以用
一氧化碳搜寻分子云核，用氨搜寻稠密分子云核。集中在分子云核的尘埃会阻挡背景的星光，造成星际消光的效果形成
暗星云。
巨分子云通常在其所在天区的星座范围内占有明显的位置，因此经常会用星座命名，例如
猎户座分子云(OMC)或是金牛座分子云(TMC)。这些分子云围绕着太阳成为一个环形的阵列，称为古尔德带。在银河系内质量最大的分子云是人马座B2，在距离银河中心120秒差距处形成一道环。人马座的区域含有丰富的化学元素，是天文学家在星际空间中寻找新分子的良好标本。
在巨分子云环绕星系旋转时，一些事件可能造成它的引力坍缩。巨分子云可能互相冲撞，或者穿越旋臂的稠密部分。邻近的
超新星爆发抛出的高速物质也可能是触发因素之一。最后，星系碰撞造成的星云压缩和扰动也可能形成大量恒星。 坍缩过程中的角动量守恒会造成巨分子云碎片不断分解为更小的片断。质量少于约50太阳质量的碎片会形成恒星。在这个过程中，气体被释放的势能所加热，而角动量守恒也会造成
星云开始产生自转之后形成原始星。