La investigación evalúa la efectividad del uso de modelos moleculares tridimensionales en el proceso de enseñanza y aprendizaje de los estudiantes para el contenido de enlace químico -iónico y covalente- y sus propiedades. Se emplea paradigma positivista con enfoque cuantitativo, diseño de campo y cuasiexperimental. Se aplicaron pruebas para la recolección de datos, encuesta y reflexiones. Participaron 317 estudiantes durante los períodos 2017, 2018 y 2019. Con relación a los resultados, con la metodología tradicional (2017), los porcentajes de logro son bajos (48%) y los estudiantes insuficientes son altos (62%). Con el uso de modelos moleculares (2018 y 2019), los porcentajes de logro son altos (85% y 84%) y los estudiantes insuficientes disminuyen (10%). La aceptación de la estrategia fue alta (90,25%). Se concluye que el proceso de enseñanza y aprendizaje mediado con el uso de modelos moleculares ejerce efectos positivos en el rendimiento estudiantil para el contenido mencionado.