分子热运动，指气体、液体和固体中的分子在宏观温度下不断的运动。它是由于宏观物体所表现出的温度是由微观分子的运动所导致的，而分子的热运动在许多现代技术应用中都起着重要的作用。
原理上，分子热运动是分子的有序热运动，其速度随温度的升高而增加，与粒子质量无关。由于分子运动具有随机性，因此每个分子将在空间内做无规则的、不停的运动。这种随机的分子热运动是造成物质温度的主要原因之一。
目前，分子热运动在许多应用领域都得到了广泛的应用，如半导体材料中亥尔效应的研究、高分辨率显微镜成像技术、蛋白质的热力学折叠研究、动态光学记忆技术等。此外，在气体分离、空气净化、水处理、粉尘过滤、化学分离等工业技术领域中也有许多基于分子热运动的应用。