Een moleculaire machine, of nanomachine, is een verzameling moleculen die mechanische bewegingen produceren (output) in reactie op specifieke stimuli (input). De term is gebruikelijk in de nanotechnologie, waar een aantal complexe moleculaire machines zijn voorgesteld die een "moleculaire assembler" zouden kunnen zijn. Moleculaire machines kunnen worden onderverdeeld in twee grote categorieën: synthetische en biologische.
De Nobelprijs voor Scheikunde 2016 werd toegekend aan Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart en Ben Feringa voor het ontwerp en de synthese van moleculaire machines.
