মোলিনা বিভিন্ন পুরস্কার জিতেছেন ও সম্মানে ভূষিত হয়েছেন। তিনি ১৯৯৫ সালে পল জে. ক্রুটজেন ও এফ. শেরউড রোল্যান্ডের সাথে ওজোনস্তরের ক্ষতিসাধনে সিএফসির অবদান সম্পর্কিত বিষয় আবিষ্কারের জন্য রসায়নে নোবেল পুরস্কার লাভ করেন।

১৯৯৩ সালে তিনি যুক্তরাষ্ট্রের জাতীয় বিজ্ঞান একাডেমিতে কাজ করার জন্য নির্বাচিত হন। ১৯৯৬ সালে যুক্তরাষ্ট্রের ওষুধবিষয়ক প্রতিষ্ঠান ও ২০০৩ সালে মেক্সিকোর জাতীয় মহাবিদ্যালয়ে কাজ করার জন্য নির্বাচন করা হয় তাকে। তিনি মেক্সিকো বিজ্ঞান একাডেমির একজন সদস্য।
মোলিনা মার্কিন উন্নত বিজ্ঞান সংগঠনের একজন ফেলো। ২০১৪ সালে তিনি এএএএস জলবায়ু বিজ্ঞান প্যানেলের "হোয়াট উই নো: দ্য রিয়েলিটি, রিস্ক অ্যান্ড রেস্পন্স টু ক্লাইমেট চেঞ্জ" শীর্ষক এক সেমিনারে যৌথভাবে সভাপতিত্ব করেছিলেন।

১৯৭৮ সালে উত্তরপূর্ব বিভাগে তাকে এসেলেন পদক প্রদান করে মার্কিন রসায়ন সমাজ। ১৯৮৮ সালে তিনি মার্কিন উন্নত বিজ্ঞান সংগঠন থেকে নিউকম্ব ক্লিভল্যান্ড পদক লাভ করেন। ১৯৮৯ সালে তিনি নাসার নিকট থেকে অসাধারণ বৈজ্ঞানিক অবদাব পুরস্কার লাভ করেন। সেই বছরে জাতিসংঘ পরিবেশবিষয়ক কর্মসূচি তাকে গ্লোবাল ৫০০ পুরস্কারে ভূষিত করে। ১৯৯০ সালে পিউ দাতব্য সংস্থা আয়োজিত পরিবেশ সংরক্ষণ বিষয়ক এক বিজ্ঞানী সম্মেলনে তাকে দশজন পরিবেশ বিজ্ঞানীর সাথে সম্মাননা প্রদান করা হয় ও দেড় লাখ মার্কিন ডলার অর্থ পুরস্কার হিসেবে প্রদান করা হয়।
১৯৯৮ সালে মার্কিন রসায়ন সমাজের শিকাগো শাখা তাকে উইলার্ড গিবস পদক প্রদান করে। ১৯৯৮ সালে তাকে পরিবেশ বিজ্ঞান ও প্রযুক্তিবিষয়ক সৃজনশীল উদ্ভাবন পদক প্রদান করে মার্কিন রসায়ন সমাজ। ২০০৩ সালে তিনি পরিবেশ বিভাগে নবম বার্ষিক হেইঞ্জ পুরস্কার লাভ করেন।

তার সম্মানে একটি গ্রহাণুর নামকরণ করা হয়েছে ৯৬৮০ মোলিনা।

২০১৩ সালের ৮ আগস্ট তার নাম সেই বছরের প্রেসিডেন্সিয়াল মেডেল ফর ফ্রিডম একজন প্রাপক হিসেবে প্রেস রিলিজে ঘোষণা করেন যুক্তরাষ্ট্রের তৎকালীন রাষ্ট্রপতি বারাক ওবামা। তার সম্পর্কে লেখা ছিল:

তার আবিষ্কার
গ্রন্থতালিকা
সম্মাননা
জীবনী