Secara alamiah, materi kimia mengandung tiga level representasi, seperti pada materi struktur atom. Akan tetapi pada pembelajaran di sekolah, bahan ajar yang tersedia belum mencakup tiga level representasi, sehingga pemahaman MLR peserta didik rendah. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik bahan ajar yang dikembangkan, kevalidan, respons peserta didik dan peningkatan kemampuan MLR peserta didik. Penelitian ini merupakan penelitian R&D dengan model pengembangan ADDIE (Analyze, Design, Development, Implementation, Evaluation). Subjek penelitian ini adalah kelas XI SMAN 12 Semarang sebanyak 31 peserta didik. Instrumen penelitian berupa lembar validasi, angket respons dan soal MLR. Teknik analisis data menggunakan Aiken’s V untuk uji validasi ahli, kriteria presentase untuk uji respons dan uji t untuk uji peningkatan kemampuan MLR. Hasil penelitian ini diperoleh karakteristik bahan ajar yang dikembangkan berupa bahan ajar cetak yang terintegrasi AR dan terdapat MLR pada uraian materi dan contoh soal. Hasil validasi validasi ahli materi dan media sebesar 0,87 dan 0,89 dengan kategori valid. Hasil persentase respons peserta didik sebesar 93,625% dengan kategori sangat baik. Hasil peningkatan kemampuan MLR peserta didik menggunakan uji paired sample t test diperoleh Sig. (2 tailed) sebesar 0,000, sehingga terdapat peningkatan kemampuan MLR peserta didik. Berdasarkan data validitas ahli, respons peserta didik dan peningkatan kemampuan MLR, dapat disimpulkan bahan ajar struktur atom terintegrasi AR yang dikembangkan layak digunakan sebagai bahan ajar dalam pembelajaran di kelas. Bahan ajar struktur atom terintegrasi AR ini juga dapat disebarluaskan kepada sasaran yang lebih luas untuk diimplementasikan dalam proses pembelajaran sebagai sumber belajar.