分子机器，指由分子尺度的物质构成、能行使某种加工功能的机器，其构件主要是蛋白质等生物分子。因其尺寸多为纳米级，又称生物纳米机器，具有小尺寸、多样性、自指导、有机组成、自组装、准确高效、分子柔性、自适应、仅依靠化学能或热能驱动、分子调剂等其他人造机器难以比拟的性能，因此研究生物纳米机器具有重大意义。

它可以促进生物学发现，深入认识蛋白质分子机器机制，开发生物分子机器和促进仿生学发展。

2016年10月5日让-彼埃尔·索瓦、J.弗雷泽·斯托达特、伯纳德·L·费林加因“设计和合成分子机器”获得2016诺贝尔化学奖。