สปริงระดับโมเลกุลคืออุปกรณ์หรือส่วนหนึ่งของระบบชีวภาพที่อาศัยกลศาสตร์ระดับโมเลกุลและเกี่ยวข้องกับ การสั่นสะเทือน ของโมเลกุล

โมเลกุลใดๆ ก็สามารถเปลี่ยนรูปได้หลายวิธี เช่น ความยาวพันธะ AA มุม AAA มุมบิด AAAA โมเลกุลที่เปลี่ยนรูปแล้วจะเก็บพลังงานไว้ ซึ่งสามารถปลดปล่อยออกมาและก่อให้เกิดงานเชิงกลได้เมื่อโมเลกุลกลับคืนสู่รูปทรง เรขาคณิตที่เหมาะสม ที่สุด

คำว่า "สายโมเลกุล" มักใช้ในนาโนวิทยาและชีววิทยาโมเลกุล อย่างไรก็ตาม ในทางทฤษฎีแล้ว สปริง โมเลกุลขนาดมหาสารก็สามารถนำมาพิจารณาได้เช่นกัน หากสามารถผลิตขึ้นได้ อุปกรณ์ดังกล่าวที่ประกอบด้วยเส้นใยพอลิเมอร์ที่มีมวลโมเลกุลสูงมาก ( เช่น เฮลิซีนโพลีอะเซทิลีน ) ที่จัดเรียงกัน สามารถเก็บพลังงานได้มหาศาล (0.1-10 เมกะจูล/กิโลกรัม เมื่อเทียบกับ 0.0003 เมกะจูล/กิโลกรัมของสปริงนาฬิกา) ซึ่งสามารถเก็บและปล่อยออกมาได้เกือบจะในทันที ด้วยประสิทธิภาพการแปลงพลังงาน สูง ปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในสปริงโมเลกุลนั้นถูกจำกัดด้วยค่าการเสียรูปที่โมเลกุลสามารถทนได้จนกว่าจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างไรก็ตาม การผลิตอุปกรณ์ขนาดมหาสารดังกล่าวอยู่นอกเหนือขีดความสามารถของเทคโนโลยีในปัจจุบัน เนื่องจากความยากลำบากในการสังเคราะห์และการจัดเรียงโมเลกุลของโมเลกุลพอลิเมอร์ที่มีความยาวมากเช่นนั้น นอกจากนี้ แรงที่จำเป็นในการดึงสายโมเลกุลให้มีความยาวสูงสุดอาจสูงมากจนไม่สามารถใช้งานได้จริง เทียบได้กับความแข็งแรงดึงของโมเลกุลพอลิเมอร์บางชนิด (~100 กิกะปาสคาลสำหรับสารประกอบคาร์บอนบางชนิด)

• โพลีเอทิลีนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงมาก
• ท่อนาโนคาร์บอน
• สปริงนาโนทิวบ์คาร์บอน