تساهم الهندسة الجزيئية في علوم الكيمياء البحتة بشكل كبير في فهم الخصائص والسلوكيات الكيميائية للجزيئات والمواد الكيميائية. وتوفر الهندسة الجزيئية أساليب جديدة وفعالة لتصميم وتحضير المواد الكيميائية الجديدة التي تمتلك خصائص محددة ومفيدة للتطبيقات المختلفة في الصناعة والطب والإلكترونيات والطاقة وغيرها.
على سبيل المثال، فإن الهندسة الجزيئية تساعد في تصميم المواد الكيميائية الحيوية مثل البروتينات والأحماض النووية والإنزيمات، وتفهم أساليب تفاعلها وتفاعلاتها مع المركبات الأخرى. كما تستخدم الهندسة الجزيئية في تصميم المواد النانوية والمواد الكيميائية الحرارية والمغناطيسية والكهربائية والإلكترونية والضوئية.
كما تتيح الهندسة الجزيئية تحليل الخصائص الكيميائية للمواد وإيجاد العوامل التي تؤثر على تلك الخصائص، كما تساعد في تطوير النماذج الرياضية والنظرية التي توضح سلوك المواد الكيميائية وتمكن من التنبؤ بسلوكها في الظروف المختلفة. وبذلك، تساهم الهندسة الجزيئية في تطوير فهمنا للعالم الذري والجزيئي والكيميائي.