Elle est particulièrement utilisée en sciences des matériaux et pour l'étude des molécules organiques, des protéines, de la matière molle et des macromolécules . Exemple de simulation de dynamique moléculaire dans un système simple : déposition d'un unique atome de Cuivre sur une surface de cuivre d'Indices de Miller et indices de direction : 001.
Le temps de calcul dépend énormément du champ de force utilisé lors de la simulation de la dynamique moléculaire. Les champs de force polarisable (AMOEBA, SIBFA... etc.) sont beaucoup plus coûteux en temps de calcul qu'un champ de force non polarisable (AMBER, CHARMM... etc.)
En outre, la simulation moléculaire permet une vision microscopique de la matière qui amène à mieux comprendre le déroulement de certains phénomènes (détail d’un mouvement moléculaire, d’une structure).
NanoCAD utilise des techniques mathématiques de modélisations moléculaires pour simuler le comportement de molécules dans un navigateur web. ORAC est un programme pour effectuer des simulations classiques de biomolécules. Les simulations peuvent être réalisées dans les ensembles thermodynamiques suivant : NVE, NPT, NHP, et NVT.