分子デバイスとは、高集積度かつ高速演算ができる分子エレクトロニクス、筋肉やべん毛のような分子機械、分子認識をする医薬品など、将来的実現を課題として研究されている機能性分子および機能性分子集合体の総称である。有機分子と電気伝導性樹脂およびカーボンナノチューブなどからつくられたダイオード、トランジスタ、論理回路、また、生体機能を担う分子モーター、さらにはデンドリマー内部に薬品を含んで患部に運びうるもの、特定のDNAや酵素と相互作用して疾患を治療しようとするものなど多様である。多様な形状の分子デバイスの基礎部品となる分子集合体の合成には自己組織化が利用され、合成の基礎は超分子化学とよばれる。また、分子デバイスの開発と応用分野は、そのデバイスの寸法に由来してナノテクノロジーとよばれる。