化学中，对摩尔分数^{[註 1]}（mole/molar fraction，x_i，χ_i）的定义为混合物中一种物质组分的摩尔量 n_i 与各物质组分总摩尔量 n_tot 之比^[1]：

${\displaystyle x_{i}={\frac {n_{i)){n_{\mathrm {tot} ))))$

设此混合物含有 N 种物质，混合物总摩尔量 n_tot 即为：

${\displaystyle n_{\mathrm {tot} }=\sum _{i=1}^{N}n_{i))$

混合物各物质组分摩尔分数之和等于1：

${\displaystyle \sum _{i=1}^{N}x_{i}=1}$

摩尔分数也可称为 量分数（amount fraction）^[1]。它与 数分数（number fraction）所指的是同一概念^{[註 2]}。同是描述混合物组成的物理量，摩尔分数和质量分数都是无量纲量。摩尔分数有时用小写体的希腊字母 χ （chi）代替罗马字母 x 表示^[2][3]。对于气体混合物，IUPAC推荐使用字母 y 表示^[1]。

摩尔分数常用于相图的绘制。它有以下几个优点：

• 不同于体积摩尔浓度，摩尔分数不受温度变化的影响也无需与相态密度有关的知识。
• 配制一定已知摩尔分数的混合物时，只需称量适当质量的各组分物质混合后即可。
• 摩尔浓度具有“对称性”：摩尔浓度x=0.1和x=0.9，只是把溶液中溶质和溶剂的关系颠倒过来。比如乙醇和水的混合物，当乙醇的摩尔分数${\displaystyle x_{EtOH))$=0.1时，混合物可看作是乙醇的水溶液，而当乙醇的摩尔分数${\displaystyle x_{EtOH))$=0.9时，混合物则可看作是水的乙醇溶液。
• 对理想气体构成的混合物，某一气体组分的摩尔分数可用该气体的分压与气体混合物总压的比值表示。

质量分数${\displaystyle w_{i))$与摩尔分数的换算关系：

${\displaystyle w_{i}=x_{i}\cdot {\frac {M_{i)){M))}$

${\displaystyle M_{i))$代表组分${\displaystyle i}$的摩尔质量；${\displaystyle M}$是混合物的平均摩尔质量。

与质量浓度${\displaystyle \rho _{i))$得换算关係如下：

${\displaystyle x_{i}={\frac {\rho _{i)){\rho ))\cdot {\frac {M}{M_{i))))$

${\displaystyle M}$是混合物的平均摩尔质量。

${\displaystyle c_{i}={\frac {x_{i}\cdot \rho }{M))}$

${\displaystyle M}$是溶液的平均摩尔质量；${\displaystyle \rho }$代表溶液密度。

${\displaystyle x_{i}={\frac {\frac {m_{i)){M_{i))}{\sum _{i}{\frac {m_{i)){M_{i))))))$

${\displaystyle m_{i))$是组分${\displaystyle i}$的质量，${\displaystyle M_{i))$是组分${\displaystyle i}$的摩尔质量。

对于非均质混合物，摩尔分数的梯度会触发扩散作用的发生。