分子馬達是自然的（生物的）或人造的分子機器，它們是生物體內運動的基本要素。一般而言，電動機是一種以一種形式消耗能量并將其轉換為運動或機械功的設備。例如，許多蛋白質為基礎的分子馬達線束的化學自由能由釋放的水解的ATP，以執行機械功。就能量效率而言，這種類型的電動機可以優于目前可用的人造電動機。分子電動機與宏觀電動機之間的一個重要區別是，分子電動機在熱浴中運行，在該環境中，由于熱噪聲引起的波動很大。

生物上重要的分子馬達的一些例子：

• 細胞骨架馬達
  • 肌球蛋白負責肌肉收縮，細胞內貨物運輸和產生細胞張力。
  • 驅動素在順行轉運中使細胞內部的貨物沿著微管離開細胞核。
  • 動力蛋白產生逆行運輸中纖毛和鞭毛的軸突跳動，并且還沿著微管將貨物運輸到細胞核。
• 聚合馬達
  • 肌動蛋白聚合產生力，可用于推進。使用ATP。
  • 使用GTP的微管聚合。
  • 動力蛋白負責將網格蛋白芽從質膜中分離出來。使用GTP。
• 旋轉馬達：
  • F?_o?F?₁?-ATP合酶家族的蛋白質將ATP中的化學能轉換為質子梯度在膜上或周圍的化學勢能。化學反應的催化和質子的運動通過配合物各部分的機械旋轉相互耦合。這涉及線粒體和葉綠體中的ATP合成，以及質子穿過液泡膜的泵送。
  • 引起大腸桿菌和其他細菌游動和翻滾的細菌鞭毛起著剛性螺旋槳的作用，由旋轉馬達提供動力。該馬達由跨膜的質子流驅動，可能使用與ATP合酶中F.馬達類似的機制。

• 核酸電動機：
  • RNA聚合酶從DNA模板轉錄RNA。
  • DNA聚合酶將單鏈DNA變成雙鏈DNA。
  • 解旋酶在轉錄或復制之前分離核酸的雙鏈。使用ATP。
  • 拓撲異構酶減少細胞中DNA的超螺旋。使用ATP。
  • RSC和SWI / SNF復合物可在真核細胞中重塑染色質。使用ATP。
  • SMC蛋白負責真核細胞中的染色體濃縮。
  • 病毒DNA包裝馬達將病毒基因組DNA注入衣殼中，作為其復制周期的一部分，將其緊密包裝。提出了幾種模型來解釋蛋白質如何產生將DNA驅入衣殼所需的力。與所有其他生物驅動器相比，另一種建議是，力不是直接由蛋白質產生，而是由DNA本身產生。在此模型中，ATP水解用于驅動蛋白質構象變化，從而交替使DNA脫水和再水化，從B-DNA循環驅動至A-DNA然后再回來。A-DNA比B-DNA短23％，并且DNA收縮/擴展循環與蛋白質-DNA緊握/釋放循環耦合，以產生將DNA推入衣殼的前向運動。

• 酶馬達：
  • 過氧化氫酶
  • 尿素酶
  • 醛縮酶
  • 己糖激酶
  • 磷酸葡萄糖異構酶
  • 磷酸果糖激酶
  • 葡萄糖氧化酶
• 化學家已經創造出合成分子馬達，它們產生旋轉，并可能產生扭矩。

由于運動事件是隨機的，因此分子運動通常使用Fokker-Planck方程或蒙特卡洛方法進行建模。這些理論模型在將分子電動機視為布朗電動機時特別有用。

在實驗生物物理學中，可以通過許多不同的實驗方法來觀察分子馬達的活??動，其中包括：

• 熒光方法：熒光共振能量轉移（FRET），熒光相關光譜（FCS），全內反射熒光（TIRF）。
• 磁性鑷子還可用于分析在長DNA片段上運行的電動機。
• 中子自旋回波譜儀可用于觀察納秒級的運動。
• 光學鑷子（請勿將其與分子鑷子相混淆）由于其彈簧常數低而非常適合研究分子電動機。
• 散射技術：基于暗場顯微鏡或干涉散射顯微鏡（iSCAT）的單粒子跟蹤。
• 單分子電生理學可用于測量單個離子通道的動力學。

還使用了更多技術。隨著新技術和方法的發展，人們期望自然發生的分子電動機的知識將有助于構造合成納米級電動機。

最近，化學家和納米技術領域的人們已經開始探索從頭創造分子馬達的可能性。這些合成分子電動機目前受到許多限制，將其限制在研究實驗室中使用。但是，隨著我們對納米級化學和物理學的了解增加，許多這些局限性可能會克服。通過研究Grubb催化劑體系中的催化劑擴散，邁出了了解納米級動力學的xxx步。其他系統，例如納米汽車，雖然在技術上不是電動機，但也說明了最近對合成納米尺度電動機的努力。

其他非反應性分子也可以充當馬達。通過使用染料分子可以證明這一點，該染料分子通過有利的疏水相互作用在聚合物溶液的梯度中定向移動。最近的另一項研究表明，染料分子、硬和軟膠體顆粒能夠通過排除體積效應的方式在聚合物溶液中移動。