การเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลเป็นการศึกษาวิธีการที่อะตอมและโมเลกุลเคลื่อนที่ การสังเกตโดยตรงของอนุภาคเหล่านี้ไม่สามารถทำได้เสมอไปดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลโดยใช้สูตรทางคณิตศาสตร์ สูตรเหล่านี้ถูกตั้งโปรแกรมไว้ในคอมพิวเตอร์ซึ่งอนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์จำลองการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลต่างๆ แม้ว่าอนุภาคของจริงจะไม่ได้ใช้ในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุล ผลลัพธ์ของการจำลองถูกพิจารณาว่ามีความแม่นยำอย่างสมเหตุสมผล
การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลเป็นการทดลองแบบเสมือน โดยการศึกษาพฤติกรรมของโมเลกุลเสมือนนักวิทยาศาสตร์สามารถทำนายได้ว่าโมเลกุลที่แท้จริงนั้นมีพฤติกรรมอย่างไร แม้ว่าจะไม่มีการใช้โมเลกุลจริง แต่ผลลัพธ์ของการทดลองจำลองเหล่านี้ถือว่าถูกต้อง การปรับพารามิเตอร์บางอย่างในสมการทำให้การทดสอบแม่นยำยิ่งขึ้น
การจำลองการเคลื่อนที่ของโมเลกุลนั้นใช้ในการสังเกตการณ์การเคลื่อนที่ของอนุภาค ในห้องปฏิบัติการไม่สามารถทำได้หรือไม่สามารถทำการสังเกตการเคลื่อนที่ของโมเลกุลได้จริงดังนั้นการจำลองทางคณิตศาสตร์และการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์จึงใช้แทน ประโยชน์ของการทดลองประเภทนี้คือสามารถสังเกตการเคลื่อนไหวได้เป็นระยะเวลานานสามารถสังเกตได้จากระยะใกล้และสภาพเช่นความดันหรืออุณหภูมิที่ไม่สามารถใช้ได้ในห้องปฏิบัติการ จำลอง
คอมพิวเตอร์สามารถแสดงภาพการเคลื่อนไหวของอะตอมและโมเลกุลได้ด้วยการแก้สมการทางคณิตศาสตร์ สมการนี้ใช้กฎของนิวตันและสามารถทำนายการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลส่วนใหญ่ได้อย่างแม่นยำ โปรแกรมการจำลองใช้สมการเพื่อแสดงแรงที่กระทำต่ออนุภาคและการเคลื่อนที่ของอะตอมในอวกาศสามมิติ นอกจากนี้ยังสามารถติดตามการเคลื่อนที่ของอะตอมหรือโมเลกุลเมื่อเวลาผ่านไปโดยใช้สูตรเหล่านี้
การเปลี่ยนแปลงระดับโมเลกุลสามารถใช้เพื่อสังเกตความสัมพันธ์ระหว่างอะตอมและโมเลกุล โปรแกรมจำลองสถานการณ์จะติดตามพันธะโมเลกุลที่เกิดขึ้นและแตกหักและปรับสมการให้สอดคล้องกัน แม้ว่าสมการที่ใช้จะขึ้นอยู่กับกฎการเคลื่อนที่ของนิวตัน แต่ในกรณีส่วนใหญ่สามารถใช้กับการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กมาก ในบางครั้งต้องใช้กฎที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของอนุภาคควอนตัมในสมการพลศาสตร์ของโมเลกุลเพื่ออธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคอย่างถูกต้อง
