Utfallet visar på en ovanligt hård strid efter att opinionsundersökningar tidigare visat på en tydlig majoritet för ja-sidan. Landets pro-västliga president Maia Sandu beskyllde Ryssland för inblandning i valet. Hon kallade det för ett "oöverträffat angrepp på vår lands frihet och demokrati".
Enligt Sandu hade cirka 300 000 röstare fått betalt för att lägga nej-röster.
Samtidigt har landet hållit presidentval. I den första rundan segrade Sandu med 42 procent, medan pro-ryska motkandidaten Alexandr Stoianoglo fick runt 26 procent. En andra valomgång ska hållas den 3 november.
Moldavien fick kandidatstatus av EU 2022 tillsammans med Ukraina.