Molekularna dinamika je študija načina gibanja atomov in molekul. Neposredno opazovanje teh delcev ni vedno mogoče, zato znanstveniki preučujejo molekularno dinamiko z uporabo matematičnih formul. Te formule so programirane v računalnikih, ki znanstvenikom omogočajo simulacijo gibanja različnih atomov in molekul. Čeprav se pravi delci ne uporabljajo pri študiju molekularne dinamike. Rezultati simulacij se štejejo za dokaj točne.
Študij molekularne dinamike je vrsta virtualnega eksperimenta. S preučevanjem obnašanja virtualnih molekul lahko znanstveniki napovedujejo, kako bi se resnične molekule lahko obnašale. Čeprav se ne uporabljajo prave molekule, se rezultati teh simuliranih poskusov štejejo za točne. Prilagoditev določenih parametrov v enačbah naredi poskuse natančnejše.
Simulacije molekularne dinamike se uporabljajo za virtualna opazovanja gibanja delcev. V laboratoriju ni vedno mogoče ali praktično opraviti dejanskih opazovanj molekularnega gibanja, zato se namesto tega uporabljata matematična simulacija in računalniško modeliranje. Prednosti tovrstnih eksperimentov so, da je gibanje mogoče opazovati dalj časa, da ga je mogoče opazovati od blizu in da je mogoče pogoje, kot so ekstremi tlaka ali temperature, ki niso praktični v laboratoriju, simulirano.
Računalniki so sposobni prikazati vizualno predstavo gibanja atomov in molekul z reševanjem matematičnih enačb. Enačbe temeljijo na Newtonovih zakonih in lahko natančno napovejo gibanje večine atomov in molekul. Simulacijski programi uporabljajo enačbe za predstavitev sil, ki delujejo na delce, in gibanja atomov v tridimenzionalnem prostoru. S temi formulami je mogoče tudi slediti gibanju atoma ali molekule skozi čas.
Molekularna dinamika se lahko uporablja tudi za opazovanje odnosov med atomi in molekulami. Simulacijski programi spremljajo molekularne vezi, ki nastanejo in pretrgajo, ter ustrezno prilagodijo enačbe. Čeprav uporabljene enačbe temeljijo na Newtonovih zakonih gibanja, jih je v večini primerov mogoče uporabiti za gibanje zelo majhnih delcev. Občasno je treba v enačbah molekularne dinamike uporabiti zakone, ki urejajo gibanje kvantnih delcev, da se pravilno opiše gibanje delcev.