Une machine moléculaire, ou nanomachine, est un ensemble de molécules qui produisent des mouvements mécaniques (sortie) en réponse à des stimuli spécifiques (entrée). Le terme est courant en nanotechnologie, où un certain nombre de machines moléculaires complexes ont été proposées, qui pourraient être un moyen de fabriquer un "assembleur moléculaire". Les machines moléculaires peuvent être divisées en deux grandes catégories : synthétiques et biologiques.
Le prix Nobel de chimie 2016 a été décerné à Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart et Ben Feringa pour la conception et la synthèse de machines moléculaires.
