分子计算计划就是尝试利用分子计算的能力进行信息的处理。换言之，就是尝试用分子发展多用途计算机。1994年，L · 阿德拉曼（L. Adleman）发表了用生物分子（DNA）制造多用途计算机的突破性论文，这时分子计算的思想才算真正确立。此后，利用DNA分子进行计算被普遍称作“DNA计算”。

除了阿德拉曼所用的方法之外，人们曾通过多种途径探索过分子水平上的信息处理，但DNA计算与先前其他方法的本质区别在于：它旨在基于普通计算的理论而建造多用途的计算机。这似乎是由DNA分子的特性所决定的，这种特性就是四个天然碱基的随意组合形成一个DNA序列。我们把DNA的这种特性叫“组合复杂性”。由于这种复杂性，DNA序列能够通过随意连接四个碱基从而载有任意复合物信息。同样。生物分子例如RNA和蛋白质也是适合于分子计算的，因为它们也具有组合复合性。应该提到的是这种组合复杂性是以生命复杂性为基础的。

分子计算是计算生命科学的一部分，计算生命科学就是从计算理论的角度理解生命系统，并把这种研究结果应用到生物工程学。实际上，生命系统是分层次的，它最简单的分法是分子、细胞器、细胞、组织（特别是大脑）、个体、社会以及生态系统。在计算生命科学中，在这些层次上的每一个水平都是计算研究的课题和工程学的目标。计算研究包括计算的模型和其计算能力或效率的分析。与此相类似，工程学包括研究上应用的人工系统的建造。从这个方面看，分子计算形成了体现生命系统层次的最基础的研究。

分子计算特别注重分子的计算能力，尤其是生物分子的计算能力，并试图最大限度地利用分子的计算能力以实现信息处理。我们希望利用分子实现更快（大量的平行）、更小（毫微级水平）、成本更低（节省能源）的信息处理。而且，希望信息处理的崭新技术特别是计算新模型的出现。分子计算的主要目标就是在分子水平上实现新的信息处理系统。

另一方面，传统的半导体技术也预见到了在分子水平上建造计算机的可能性。这项技术叫分子电子学，以分子电子学为基础的计算机也叫分子计算机。分子计算与分子电子学的不同如下：

· 在分子电子学水平上的计算机是传统计算机的微型化，它们的计算模型与现存的计算机没有什么不同。另一方面，分子计算则是试图发现分子的计算能力，旨在依据新的计算模型设计不同种类的计算机。

· 分子计算是在分子水平上进行信息处理的通用技术。分子计算不仅包括计算机，而且考虑其他方面的应用，例如纳米仪器、微型机器、生物系统的信息处理等。

· 复杂纳米结构的自动化形成，也是计算的一种形式。分子的自我组成是分子计算的一个主题。由于这种技术也是以分子电子学为基础的，因此分子计算更是设计普通分子计算机的基础。

在1996年，日本科学促进会就开始未来的研究计划。在其研究领域中，“生物系统信息”项目主要是开发日本的计算生命科学。这个领域包括从多个角度研究计算生命科学的研究项目。“分子计算机的理论和构建”项目直接以分子计算为目标。“生物灵敏适应系统”则是探索把大范围的进化计算和分子计算机计划连接起来。“人工细胞仪的开发”发展的是所谓的“化学IC”，它的技术对于高效和大规模的分子计算是不可缺少的。“生物信息加工器和外部环境界面系统的设计和装配”项目主要研究信息转导，尤其是应用化学的方法研究膜受体。膜蛋白有望起到未来细胞计算机的I/O仪器的作用，而信号转导则在活细胞中起到计算的作用。

分子计算的未来发展

但人们并不相信DNA计算机将比传统计算机更快的解决NP完全问题；现代计算机能准确无误地解决几百个以上变数的问题而不出差错。为了比得上这个速度，DNA计算机要在计算方法和应用上取得难以置信的大量突破才行。研究者现在承认分子计算机在相同的问题上与数字计算机竞争不是一个好主意，据他们的观点，最好是把NP完全问题作为评估分子计算机的标准。

因此，把分子计算机与数字计算机相比较是过时的想法。分子计算应当发展成为一个包括从基础研究到实际应用的领域，目的在于分子水平的信息处理。

现在已将其应用到生物技术和纳米技术上，尤其是生物技术上的应用已近实现，因为分子计算应用的是生物分子。例如，Suyama’s课题组用他们的DNA计算机进行DNA芯片分析。Suyama’s组的DNA芯片叫“万用芯片”，其设计不是直接监测来自细胞的原始基因信息，而是间接监测设计的顺序，即从原始信息转译的DNA编码数。DNA编码数是使用DNA计算技术设计的，可使它们之间的相互作用最小，它们的PCR扩增率一致。Suyama和Sakakibara进一步提出“智能DNA芯片”，这种芯片具有逻辑推理能力和通过DNA计算的学习能力。这是分子计算在生物技术上的典型应用。最近，利用分子计算的生物技术被称为计算灵敏生物技术。

包括分子电子学在内的纳米技术也是一个重要的应用领域。E. Winfree的DNA瓦片就是利用DNA的纳米技术。一块DNA瓦片含有在其单链末端的可变序列，因此具有组合复杂性。这种瓦片不但能自我组装成规则的型式，而且能组装成由其单链末端操纵的特异计算方法设计的结构。这种类型的自我组装叫规则计算组装，可以被应用于设计模板。

最后，要说一说一个梦幻般的前景：医学上的应用。分子计算一直在研究自动化计算，例如鞭挞PCR，它能根据环境改变其状态。如果我们能够设计一种能测量其环境因子并能相应地处理信息的仪器的话，那么这样一种细胞仪器就能为医药应用开辟一条途径。也许用分子计算制造的大肠杆菌将能通过在分子水平上处理信息来诊断我们的身体，并能自动地合成和释放出适当的药物。