Molekularni motori su sklopovi proteina unutar staničnog okruženja živih organizama koji, kroz složeno savijanje i kemijske procese, mogu izvoditi mehaničko gibanje u različite svrhe, kao što je transport materijala ili električnih naboja unutar citoplazme stanice ili repliciranje DNK i drugih spojeva . Molekularni motorni proteini također su temeljni za mišićne kontrakcije i radnje kao što je kretanje bakterija kroz vrstu plivajućeg pokreta pokretanog propelerom. Većina prirodnih molekularnih motora dobiva kemijsku energiju za kretanje iz istog osnovnog procesa koji organizmi koriste za proizvodnju energije za održavanje života – razgradnjom i sintezom spoja adenozin trifosfata (ATP).
Iako na osnovnoj razini molekularni motori obavljaju mnoge od istih funkcija kao i elektromehanički motori na makroskopskoj razini čovjeka, oni rade u puno drugačijem tipu okoliša. Većina molekularne motoričke aktivnosti odvija se u tekućem okruženju koje je potaknuto toplinskim silama i na koje izravno utječe nasumično gibanje obližnjih molekula, poznato kao Brownovo gibanje. Ovo organsko okruženje, zajedno sa složenom prirodom savijanja proteina i kemijskim reakcijama na koje se molekularni motor oslanja kako bi funkcionirao, učinilo je stjecanje razumijevanja njihovog ponašanja onim za koje su potrebna desetljeća istraživanja.
Istraživanja u nanotehnologiji na atomskoj i molekularnoj razini usredotočila su se na uzimanje bioloških materijala i proizvodnju molekularnih motora koji nalikuju motorima s kojima je svakodnevno inženjerstvo poznato. Istaknuti primjer toga bio je motor koji je 1999. godine konstruirao tim znanstvenika na Boston College of Massachusetts u SAD-u, a koji se sastojao od 78 atoma, a za konstrukciju su bile potrebne četiri godine rada. Motor je imao rotirajuće vreteno kojem bi trebalo nekoliko sati da napravi jedan okret i bio je dizajniran da se okreće samo u jednom smjeru. Molekularni motor oslanjao se na sintezu ATP-a kao izvor energije i korišten je kao istraživačka platforma za razumijevanje temelja prijelaza kemijske energije u mehaničko kretanje. Slično istraživanje od tada su dovršili nizozemski i japanski znanstvenici koristeći ugljik za proizvodnju sintetičkih molekularnih motora koji se pokreću svjetlosnom i toplinskom energijom, a nedavni pokušaji od 2008. razvili su metodu za stvaranje motora koji proizvodi kontinuiranu razinu rotacijskog momenta.
Biološki gledano, molekularni motori imaju raznolik popis funkcija i struktura. Glavne transportne motore pokreću proteini miozin, kinezin i dinein, a aktin je glavni protein prisutan u mišićnim kontrakcijama koji se vidi kod ljudi raznolikih poput algi. Istraživanje načina na koji ti proteini funkcioniraju postalo je toliko detaljno od 2011. da je sada poznato da za svaku molekulu ATP-a koju potroši 50-nanometarska molekula kinezina, može premjestiti kemijski teret na udaljenost od 8 nanometara unutar stanica. Kinesin je također poznat kao 50% učinkovit u pretvaranju kemijske energije u mehaničku energiju i sposoban proizvesti 15 puta više snage za svoju veličinu nego što bi to mogao standardni benzinski motor.
Poznato je da je miozin najmanji od molekularnih motora, ali je neophodan za mišićne kontrakcije, a oblik ATP-a nazvan ATP sintaza također je molekularni motor koji se koristi za stvaranje adenozin difosfata (ADP) za pohranu energije kao ATP. Međutim, možda najizvanredniji prirodni molekularni motor otkriven 2011. je onaj koji pokreće kretanje bakterija. Projekcija poput dlake na poleđini bakterije zvane flagellum vrti se propelerom koji bi, ako bi se povećao na ljudsku razinu svakodnevnih motora, bio 45 puta snažniji od prosječnog benzinskog motora.