Molekularna dinamika proučava način na koji se atomi i molekule kreću. Izravno promatranje ovih čestica nije uvijek moguće, pa znanstvenici proučavaju molekularnu dinamiku pomoću matematičkih formula. Te su formule programirane u računala koja omogućuju znanstvenicima da simuliraju gibanje različitih atoma i molekula. Iako se stvarne čestice ne koriste u proučavanju molekularne dinamike. Smatra se da su rezultati simulacija razumno točni.
Proučavanje molekularne dinamike je vrsta virtualnog eksperimenta. Proučavajući ponašanje virtualnih molekula, znanstvenici mogu predvidjeti kako bi se stvarne molekule mogle ponašati. Iako se ne koriste prave molekule, rezultati ovih simuliranih eksperimenata smatraju se točnima. Podešavanje određenih parametara u jednadžbama čini eksperimente preciznijim.
Simulacije molekularne dinamike koriste se za virtualna promatranja kretanja čestica. U laboratoriju nije uvijek moguće ili praktično napraviti stvarna opažanja molekularnog kretanja, pa se umjesto toga koriste matematička simulacija i računalno modeliranje. Prednosti ovih vrsta eksperimenata su da se kretanje može promatrati dulje vrijeme, da se može promatrati iz blizine i da se uvjeti, poput ekstrema tlaka ili temperature koji nisu praktični u laboratoriju, mogu simulirani.
Računala mogu prikazati vizualni prikaz kretanja atoma i molekula rješavanjem matematičkih jednadžbi. Jednadžbe se temelje na Newtonovim zakonima i mogu točno predvidjeti gibanje većine atoma i molekula. Simulacijski programi koriste jednadžbe za predstavljanje sila koje djeluju na čestice i kretanje atoma u trodimenzionalnom prostoru. Također je moguće pratiti kretanje atoma ili molekule tijekom vremena pomoću ovih formula.
Molekularna dinamika se također može koristiti za promatranje odnosa između atoma i molekula. Programi za simulaciju prate molekularne veze koje se formiraju i prekidaju te sukladno tome prilagođavaju jednadžbe. Iako se korištene jednadžbe temelje na Newtonovim zakonima gibanja, u većini slučajeva mogu se primijeniti na gibanje vrlo malih čestica. Povremeno se zakoni koji upravljaju kretanjem kvantnih čestica moraju koristiti u jednadžbama molekularne dinamike kako bi se ispravno opisali gibanje čestica.