La dynamique moléculaire est une méthode permettant de simuler l'évolution temporelle d'un système moléculaire, que ce soit une molécule ou un fluide. Autrement dit, la dynamique moléculaire permet de simuler les mouvements des atomes d’un système au cours du temps. Dans le cas d’un fluide, le calcul est effectué à partir d’une boîte dans laquelle des atomes sont placés.

Ces mouvements peuvent être vus comme des vibrations autour d’une position d’équilibre (donc d’une minimum d’énergie de la molécule) ou bien le passage d’une configuration d’équilibre à une autre.

Dans ce calcul, chaque atome est considéré comme une masse ponctuelle dont le mouvement est déterminé par l’équation de la dynamique classique de Newton :

                              F_i= m_i a_i              (1)

où m_i est la masse de l’atome i, a_i l’accélération de l’atome i et F_i la force extérieure agissant sur l’atome i.

L’équation (1) peut s’écrire  F_i(t) = m_i (d² r_i(t) / dt²)    (1.1)

La dynamique moléculaire calcule la force F_i s’exerçant sur l’atome i de coordonnées cartésiennes r_i à l’instant t en dérivant la fonction énergie potentielle totale de la molécule ou de l’ensembles des atomes dans la boîte de simulation :

                            F_i(t)= - dE(r₁, …, r_n) / dr_i(t)     (2)

Étant en mesure de calculer F_i(t) à chaque instant t, il est possible d’intégrer (voir le théorème de Verlet) les équations du mouvement (1.1) pour chaque atome de la molécule ou présent dans la boîte et d’obtenir ainsi la trajectoire r_i(t)  de chaque atome en fonction du temps.

NB : l’énergie totale du système est conservée durant la totalité de la simulation.

Le choix de la fonction d’énergie potentielle (encore appelée potentiel) peut se faire de deux manières :

-          elle est calculée à partir de la mécanique quantique (voir la notion de DFT)

-          elle est choisie empiriquement

Un calcul de dynamique moléculaire qui emploie un potentiel obtenu avec la première méthode est un calcul de dynamique moléculaire ab initio.

Dans le deuxième cas, il est question de calcul de dynamique moléculaire classique.