Una macchina molecolare, o nanomacchina[1], è stata definita come un numero discreto di componenti molecolari che eseguono movimenti simil-meccanici (output) in risposta a specifici stimoli (input).[2] Spesso è applicata in modo più generale alle molecole che semplicemente imitano le funzioni a livello macroscopico. Il termine è comune anche in nanotecnologia e un numero di macchine molecolari altamente complesse sono state proposte con lo scopo di costruire un assemblatore molecolare. Le macchine molecolari possono essere divise in due ampie categorie: sintetiche e biologiche.
I sistemi molecolari che sono capaci di spostare un processo meccanico o chimico lontano dall'equilibrio rappresentano un ramo potenzialmente importante della chimica e della nanotecnologia. Per definizione, questi tipi di sistemi sono esempi di macchine molecolari, così come il gradiente generato da questo processo è in grado di svolgere un lavoro utile.