จักรกลโมเลกุล (อังกฤษ: Molecular machine) หรือ นาโนแมชชีน (อังกฤษ: Nanomachine)[1] หมายถึงกลุ่มก้อนของโมเลกุลที่เมื่อได้รับตัวกระตุ้นแล้วจะตอบสนองเป็นการเคลื่อนไหวเชิงกล[2] ซึ่งสามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่อสร้างเครื่องมือหรือกลไกที่มีขนาดเล็กในระดับโมเลกุลได้ จักรกลโมเลกุลจึงมีความหมายคล้ายกับคำว่านาโนเทคโนโลยีอันเป็นการใช้จักรกลโมเลกุลที่ซับซ้อนจำนวนมากเพื่อสร้างโรงงานนาโน จักรกลโมเลกุลสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ ได้แก่แบบสังเคราะห์ (synthetic) กับแบบชีวภาพ (biological)ในปีค.ศ. 2016 มีการมอบรางวัลโนเบลสาขาเคมีให้แก่ ศาสตราจารย์ ฌ็อง-ปีแยร์ ซอวาจ (Jean-Pierre Sauvage), ศาสตราจารย์ เซอร์ เจมส์ ฟราเซอร์ สต็อดดาร์ท (J. Fraser Stoddart) และศาสตราจารย์ เบน เฟรินกา (Ben Feringa) จากการออกแบบและสังเคระห์จักรกลโมเลกุลขึ้นมา[3][4]