Das Kugelmodell ist wie das Kalottenmodell und das Stäbchenmodell ein 3D- oder räumliches Modell, das zur Veranschaulichung der Struktur von Molekülen wie Kristallen oder Biomolekülen dient.
Beim Kugelmodell werden die Mittelpunkte der Atome durch gerade Linien verbunden, die die Atombindungen darstellen. Die Bindungswinkel und die Bindungslängen entsprechen den tatsächlichen Verhältnissen, während die Raumerfüllung der Atome entweder nur durch wesentlich kleinere Kugeln angedeutet wird. Mit Kugeln und Stäben aus verschiedenen Materialien können solche Modelle im Chemieunterricht zur Anschauung dienen.
Der Vorteil des Kugelmodells gegenüber dem Kalottenmodell besteht darin, dass es einen besseren Einblick in die Bindungsstruktur der Moleküle erlaubt.