Een polyatomisch ion (poly is Grieks voor veel) ook bekend als moleculair ion, is een geladen chemische verbinding: een ion dat wordt gevormd  door de covalente binding tussen minstens twee atomen, afkomstig van meestal verschillende atoomsoorten.

Bekende voorbeelden van polyatomische ionen zijn het hydroxideanion (OH−) en het ammoniumkation (NH4+).

Een polyatomisch ion kan vaak beschouwd worden als het geconjugeerde zuur of de geconjugeerde base van een neutrale molecule. Het sulfaation (SO42−) is hiervan een voorbeeld: het is namelijk afgeleid van zwavelzuur (H2SO4), dat zelf kan beschouwd worden als het hydraat van zwaveltrioxide.

Nomenclatuur 
Er bestaan in de scheikundige nomenclatuur twee regels die kunnen toegepast worden om polyatomische ionen te benoemen. Wanneer het prefix bi- wordt gebruikt, dan dient aan de brutoformule van het ion een waterstof (formeel een proton) toegevoegd te worden. De lading van het ion stijgt met 1 eenheid. Als alternatief voor bi- wordt meestal waterstof- als prefix toegevoegd. Een voorbeeld is het carbonaat-anion (CO32−): wanneer hieraan een waterstof wordt toegevoegd, ontstaat het bicarbonaatanion (meestal waterstofcarbonaat genoemd) met als brutoformule HCO3−.

De tweede regel betreft het aantal zuurstofatomen in het ion (meestal van toepassing bij oxoanionen). Een voorbeeld vormen de (oxo)anionen van chloor:

De achtervoegsels -ide, -iet en -aat slaan op de verschillende oxidatietoestanden die chloor kan aannemen.

Overzicht van de meestvoorkomende polyatomische ionen 
Onderstaande tabel heeft een overzicht van veel voorkomende polyatomische ionen met hun brutoformule, structuurformule en moleculaire massa.

Anionen

Kationen

Zie ook 
 Monoatomisch ion

Ion