Molekulární stroj nebo nanostroj je jakýkoli soubor molekul, který v reakci na specifické podněty (vstup) vytváří mechanické pohyby (výstup). Tento termín je běžný v nanotechnologiích, kde byla navržena řada komplexních molekulárních strojů, které by mohly být způsobem výroby "molekulárního assembleru". Molekulární stroje lze rozdělit do dvou širokých kategorií: syntetické a biologické.
Nobelovu cenu za chemii za rok 2016 získali Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart a Ben Feringa za návrh a syntézu molekulárních strojů.
