A、分子和原子不能比较大小，所以分子和原子的大小不能作为分子和原子的根本区别，故A错；

B、有的分子的质量比有的原子的质量大，有的分子的质量比有的原子的质量小，有的相等，所以质量不同不能作为分子和原子的根本区别，故B错；

C、分子可以分为原子，原子可以分为原子核和核外电子，故C错；

D、在化学变化中分子分成原子，原子再重新组合成新的分子，所以分子和原子的根本区别是在化学变化中能否再分，故D正确．

故选D．