利用分子模拟，借助计算机强大的计算能力和图像处理能力，可在原子水平上建立分子或分子聚集体的模型，用适当的理论化学方法对分子的静态或动态行为进行模拟，从而得到分子的稳定态结构以及动力学、热力学等方面的信息，进而对分子体系的各种理化性质进行研究。分子模拟的研究对象包括单个化学分子和复杂生物体系或材料体系。分子模拟不仅可以研究常规的分子静态结构和动态行为，还可以对现代实验手段所无法考察的现象和过程进行研究，从而帮助人们发展新理论，更加快速有效地开发新材料。分子模拟包括量子力学方法、分子力学方法、分子动力学方法及蒙特卡罗方法等。

21世纪初，分子模拟发展迅速并在多个学科领域得到了广泛应用。在药物设计领域，可用于研究病毒、药物的作用机理等；在生物科学领域，可用于表征蛋白质的多级结构与性质；在材料领域，可用于研究结构与力学性能、材料的优化设计等；在化学领域，可用于研究表面催化及机理等；在石油化工领域，可用于研究分子筛催化剂结构表征、合成设计、吸附扩散，可构建和表征高分子链以及晶态或非晶态本体聚合物的结构，预测包括共混行为、机械性质、扩散、内聚与润湿以及表面黏结等在内的重要性质。