簡史
1957年：基于剛球勢的分子動力學法（AlderandWainwright）
1964年：質點系への拡張(Rahman)
1971年：剛體系への拡張(RahmanandStillinger)
1977年：約束動力學方法（Rychaert等）
1980年：恒壓條件下的動力學方法（Andersenの方法、Parrinello-Rahman法）
1983年：非平衡态動力學方法(GillanandDixon)
1984年：恒溫條件下的動力學方法（能勢‐フーバーの方法）
1985年：第一原理分子動力學法（→カー・パリネロ法）
1991年：巨正則系綜的分子動力學方法(CaginandPettit)
基本步驟
确定起始構型
進行分子動力學模拟的第一步是确定起始構型，一個能量較低的起始構型是進行分子模拟的基礎，一般分子的起始構型主要來自實驗數據或量子化學計算。
在确定起始構型之後要賦予構成分子的各個原子速度，這一速度是根據波爾茲曼分布随機生成的，由于速度的分布符合波爾茲曼統計，因此在這個階段，體系的溫度是恒定的。另外，在随機生成各個原子的運動速度之後須進行調整，使得體系總體在各個方向上的動量之和為零，即保證體系沒有平動位移。
進入平衡相
由上一步确定的分子組建平衡相，在構建平衡相的時候會對構型、溫度等參數加以監控。
進入生産相
進入生産相之後體系中的分子和分子中的原子開始根據初始速度運動，可以想象其間會發生吸引、排斥乃至碰撞，這時就根據牛頓力學和預先給定的粒子間相互作用勢來對各個粒子的運動軌迹進行計算，在這個過程中，體系總能量不變，但分子内部勢能和動能不斷相互轉化，從而體系的溫度也不斷變化，在整個過程中，體系會遍曆勢能面上的各個點，計算的樣本正是在這個過程中抽取的。
計算結果
用抽樣所得體系的各個狀态計算當時體系的勢能，進而計算構型積分。
作用勢與動力學計算
作用勢的選擇與動力學計算的關系極為密切，選擇不同的作用勢，體系的勢能面會有不同的形狀，動力學計算所得的分子運動和分子内部運動的軌迹也會不同，進而影響到抽樣的結果和抽樣結果的勢能計算，在計算宏觀體積和微觀成分關系的時候主要采用剛球模型的二體勢，計算系統能量，熵等關系時早期多采用Lennard-Jones、morse勢等雙體勢模型，對于金屬計算，主要采用morse勢，但是由于通過實驗拟合的對勢容易導緻柯西關系，與實驗不符，因此在後來的模拟中有人提出采用EAM等多體勢模型，或者采用第一性原理計算結果通過一定的物理方法來拟合二體勢函數。但是相對于二體勢模型，多體勢往往缺乏明确的表達式，參量很多，模拟收斂速度很慢，給應用帶來很大的困難，因此在一般應用中，通過第一性原理計算結果拟合勢函數的L-J，morse等勢模型的應用仍然非常廣泛。
時間步長與約束動力學
分子動力學計算的基本思想是賦予分子體系初始運動狀态之後利用分子的自然運動在相空間中抽取樣本進行統計計算，時間步長就是抽樣的間隔，因而時間步長的選取對動力學模拟非常重要。太長的時間步長會造成分子間的激烈碰撞，體系數據溢出；太短的時間步長會降低模拟過程搜索相空間的能力，因此一般選取的時間步長為體系各個自由度中最短運動周期的十分之一。
但是通常情況下，體系各自由度中運動周期最短的是各個化學鍵的振動，而這種運動對計算某些宏觀性質并不産生影響，因此就産生了屏蔽分子内部振動或其他無關運動的約束動力學，約束動力學可以有效地增長分子動力學模拟的時間步長，提高搜索相空間的能力。
應用
分子動力學可以用于NPT，NVE，NVT等系綜的計算，是一種基于牛頓力學确定論的熱力學計算方法，與蒙特卡洛法相比在宏觀性質計算上具有更高的準确度和有效性，可以廣泛應用于物理，化學，生物，材料，醫學等各個領域。
另外，在實際應用中，經常把分子動力學方法和蒙特卡羅法聯合使用。
模拟簡述
分子動力學計算機模拟是研究複雜的凝聚态系統的有力工具。這一技術既能得到原子的運動軌迹,還能象做實驗一樣作各種觀察。對于平衡系統,可以在一個分子動力學觀察時間(observationtime)内作時間平均來計算一個物理量的統計平均值,對于一個非平衡系統過程,隻要發生在一個分子動力學觀察時間内(一般為1～10ps)的物理現象也可以用分子動力學計算進行直接模拟。可見數值實驗是對理論和實驗的有力補充,特别是許多與原子有關的微觀細節,在實際實驗中無法獲得,而在計算機模拟中可以方便地得到。這些優點使分子動力學在材料科學中顯得非常有吸引力。因為許多人們感興趣的領域,如晶格生長、外延生長(epitaxy)、離子移植、缺陷運動、無定型結構(amorphousstructure)、表面與界面的重構等問題,原則上都可以進行計算機模拟研究。分子動力學假定原子的運動是由牛頓運動方程決定的,這意味着原子的運動是與特定的軌道聯系在一起的。當核運動的量子效應可以忽略,以及絕熱近似嚴格成立時,分子動力學的這一假定是可行的。絕熱近似也就是要求在分子動力學過程中,每一時刻電子均要處在相應原子結構的基态。大多數情形下,這一條件都是滿足的。要進行分子動力學模拟需要知道原子間正确的相互作用勢,從而必須知道相應的電子基态。電子基态的計算是一個非常困難的量子多體問題。好在密度泛函的引入使這方面的計算有了很大的簡化,意味着我們可以把這一多體問題轉化為一組自洽的單粒子軌道方程。對交換相關勢采用局域密度近似,這組方程就實際可解了。這是目前凝聚态物理電子結構計算中普遍采用的方法。對于非強相關系統,局域密度泛函非常有效。在局域密度泛函基礎上的第一原理性計算,在研究原子、分子、和晶體的結構中取得了巨大的成功。然而由于計算上的複雜性,基于局域密度泛函的第一性原理計算長期以來認為是不可能直接用于統計力學模拟,因為上百個原子的模拟就需要對104-106種原子構型作電子結構計算。因此,在分子動力學模拟中一般隻能采用經驗勢來代替原子間實際作用勢。一般就用Lennard-Jones勢之類的二體作用勢來替代。這種替代可能對隋性氣體之類的系統進行模拟有效,但許多實際材料科學中感興趣的問題都是多體效應的結果,不可能光用二體勢代替能解決的。盡管人們對金屬和共價系統的模型勢作了許多嘗試,并取得了一些成果,但一般一種模型勢隻能适用于一種原子,不能滿足實際模拟的需要。
另外經驗勢近似有一個本身的局限性,它丢失了局域電子結構之間存在着的強相關作用信息,也就是說,不能得到成鍵性質(bondingproperties),以及原子動力學過程中的電子性質。盡管在某些特殊情況下,電子性質也能通過經驗勢近似來得到,例如用經驗勢的分子動力學來計算原子結構時,選取某幾種原子構型來作電子結構計算,這樣不僅耗時,而且原子動力學和電子結構計算成了相互獨立的過程。1985年,Car和Parrinello在傳統的分子動力學中引入了電子的虛拟動力學,把電子和核的自由度作統一的考慮,首次把密度泛函理論與分子動力學有機地結合起來,提出了從頭計算分子動力學方法(也稱CP方法),使基于局域密度泛函理論的第一原理計算直接用于統計力學模拟成為可能,極大地擴展了計算機模拟實驗的廣度和深度。
