分子工程学（molecular engineering），理学-化学-物理化学-理论计算化学，研究和阐明在分子水平上贯通物质性能、结构和制备之间三元关系的规律和原理以及实现各种分子工程的设计、工艺和技术的学科。为制备、合成或组装满足人类指定功能要求的新型分子及其组成的新物质、新材料、新器件，依据大量分子结构与性能的信息，在分子水平上实现物质多层次结构的设计和施工称为分子工程。分子是由有限原子结合起来的物质单元。“分子水平”应包括原子、保持化学特性的分子、生物大分子、超分子和物质凝聚态五个层次。“结构”不仅涉及原子结合成分子时的空间位置，还要考虑电子结构和晶体缺陷等其他层次和类型以及有关结构原理。分子工程学不同于传统的化学。传统的化学着眼于整理天然产物和依据周期表来发现和合成化合物，采用大量筛选的办法，获得所需功能的化合物。分子工程学的思路和做法是“逆向而行”的，以功能为导向，进行结构的设计和施工，其对象重点放在功能体系（聚集体）上。功能体系的功能不再限于化学功能，对与高科技密切相关的光、电、声、磁功能以及生物功能都是研究范围。