Molekularni motorji so sklopi beljakovin v celičnem okolju živih organizmov, ki lahko s kompleksnim zlaganjem in kemičnimi procesi izvajajo mehansko gibanje za različne namene, na primer za transport materialov ali električnih nabojev v citoplazmi celice ali razmnoževanje DNK in drugih spojin. . Molekularni motorični proteini so prav tako temeljni za krčenje mišic in dejanja, kot je gibanje bakterij z vrsto plavalnih gibov, ki jih poganja propeler. Večina naravnih molekularnih motorjev pridobiva kemično energijo za gibanje iz istega osnovnega procesa, ki ga organizmi uporabljajo za proizvodnjo energije za vzdrževanje življenja – z razgradnjo in sintezo spojine adenozin trifosfata (ATP).
Čeprav na osnovni ravni molekularni motorji opravljajo številne enake funkcije kot elektromehanski motorji v makroskopskem človeškem merilu, delujejo v precej drugačnem okolju. Večina molekularne motorične aktivnosti poteka v tekočem okolju, ki ga poganjajo toplotne sile in na katerega neposredno vpliva naključno gibanje bližnjih molekul, znano kot Brownovo gibanje. To organsko okolje je skupaj s kompleksno naravo zlaganja beljakovin in kemičnimi reakcijami, na katere deluje molekularni motor, omogočilo razumevanje njihovega vedenja, ki je zahtevalo desetletja raziskav.
Raziskave nanotehnologije na atomskem in molekularnem nivoju so se osredotočile na jemanje bioloških materialov in izdelavo molekularnih motorjev, ki so podobni motorjem, ki jih pozna vsakdanji inženiring. Pomemben primer tega je bil motor, ki ga je leta 1999 izdelala skupina znanstvenikov na Boston College of Massachusetts v ZDA, ki je bil sestavljen iz 78 atomov, za izdelavo pa so potrebovali štiri leta dela. Motor je imel vrtljivo vreteno, ki bi trajalo nekaj ur za en obrat in je bil zasnovan tako, da se vrti samo v eno smer. Molekularni motor se je zanašal na sintezo ATP kot vir energije in je bil uporabljen kot raziskovalna platforma za razumevanje osnov prehoda kemične energije v mehansko gibanje. Podobne raziskave so od takrat dokončali nizozemski in japonski znanstveniki, ki uporabljajo ogljik za proizvodnjo sintetičnih molekularnih motorjev, ki jih poganja svetlobna in toplotna energija, in nedavni poskusi od leta 2008 so razvili metodo za ustvarjanje motorja, ki proizvaja neprekinjeno raven rotacijskega navora.
Biološko gledano imajo molekularni motorji raznolik seznam funkcij in struktur. Glavne transportne motorje poganjajo beljakovine miozin, kinezin in dinein, aktin pa je glavna beljakovina, prisotna pri krčenju mišic, ki jo opazimo pri vrstah, tako raznolikih, kot so alge za ljudi. Raziskave delovanja teh beljakovin so od leta 2011 postale tako podrobne, da je zdaj znano, da je za vsako molekulo ATP, ki jo porabi 50 nanometrov dolga molekula kinezina, sposobna premakniti kemični tovor na razdaljo 8 nanometrov znotraj celico. Znano je tudi, da je Kinesin 50-odstotno učinkovit pri pretvarjanju kemične energije v mehansko in da je sposoben proizvesti 15-krat več moči za svojo velikost, kot bi lahko standardni bencinski motor.
Znano je, da je miozin najmanjši molekularni motor, vendar je bistvenega pomena za krčenje mišic, oblika ATP, imenovana ATP sintaza, pa je tudi molekularni motor, ki se uporablja za izgradnjo adenozin difosfata (ADP) za shranjevanje energije kot ATP. Morda pa je najbolj izjemen naravni molekularni motor, odkrit leta 2011, tisti, ki poganja gibanje bakterij. Dlaki podobna projekcija na hrbtni strani bakterije, imenovane flagellum, se vrti z gibom, ki ga poganja propeler, ki bi bil, če bi ga povečali na človeško raven vsakodnevnih motorjev, 45-krat močnejši od povprečnega bencinskega motorja.