機器基本上是任何將一些能量輸入至少一個運動部件的設備，每個運動部件都有不同的功能。這些部分結合在一起產生有用的運動作為輸出，這被稱為做功。使機器更小有一些明顯的優勢，比如能夠更輕松地運輸它們使它們移動得更精確。1959年，物理學家理查德·費曼談到了“在小范圍內操縱和控制事物的問題”，其中的“小范圍”就是由一個或幾個分子組成的機器。

在分子尺度上，機器的行為不會像我們在日常規模上所習慣的那樣，如果沒有精心設計，分子的“螺母”和“螺栓”就無法輕易擰開。分子間存在著范德華力，它們吸引到一起的影響比摩擦對普通螺母和螺栓的影響要大得多。另一個問題是，讓分子機器的組件按照你想要的方式移動會比較棘手，附近分子的熱運動（噪聲）也可能使組件隨機移動。最后，大多數分子通過化學鍵連接在一起，有不同種類的化學鍵，它們往往都相當剛，不允許兩個部件之間自由運動，而機器通常依賴部件之間的相對運動。

索烴

直到1983年，法國化學家讓-皮埃爾·索瓦日有了一個意想不到的發現。索瓦日最初是在研究由紫外線驅動的化學反應，其中一個過程涉及將自身附著在銅離子的C形分子。在對反應進行建模時，他意識到通過調整方法，他可以從這些分子中產生比以往更多的索烴。

訣竅是讓銅離子與環狀分子的內部相結合，然后一個C形分子可以穿過環并附著在同一個銅離子上。在合適的環境中，另一個C形分子可以與第一個分子化學鍵合形成一個互鎖環，最后再把銅離子彈出。這樣我們就得到了一個機械鍵結構中的兩個分子環。這些環可以相對于彼此自由旋轉，就像機器一樣。索瓦日甚至將這一過程擴展到制造打結的化學品和更復雜的鏈。

大約在同一時間，英國化學家弗雷澤·斯托達特在不同的化學機制上取得了進展，他制造出了一種稱為輪烷的分子機器。早在1991年，斯托達特團隊就制造了一個缺少電子的幾乎閉合的原子環。它們還制造了一個棒狀分子，該分子具有兩個富電子位點和龐大的硅基端蓋。當把它們放在一起時，靜電引力使環連接到棒上，在那里發生化學反應把環給關閉了。

雖然帶正電荷的環被吸引到軸上帶負電荷的位置，但它并沒有通過化學鍵連接得更緊。此外，環還可以在軸上兩個帶負電荷的點之間跳躍，而龐大的硅基端蓋則阻止它掉落出去。利用這種原理，他們制造了一種可以將自身抬高幾納米的分子電梯。

不斷旋轉

索瓦日、斯托達特和費林加使用巧妙的設計和特殊的環境，來解決我們在使用基本的分子機器時所遇到的問題。在2016年，他們的努力獲得了諾貝爾化學獎。