Osnovni cilj istraživanja u ovoj oblasti je razumevanje hemijskih problema pomoću modernih računarskih tehnika. Teorijske i računarske tehnike omogućavaju precizan opis i predviđanje strukture i funkcije hemijskih i bioloških sistema i materijala, kao i bolje razumevanje fundamentalnih interakcija koje leže u osnovi različitih hemijkih procesa. Istraživanja obuhvataju računarsko modelovanje i predviđanje fizičko-hemijskih osobina molekulskih sistema – od malih organskih i neorganskih molekula i model sistema, do kompleksa prelaznih metala i složenih molekula od važnosti, kako u biološkim sistemima, tako i u novim tehnologijama. Poseban akcenat je posvećen razvoju i primeni metoda za višeslojno modelovanje. U istaživanjima se koriste tehnike kao što su: kvantno-mehaničke metode zasnovane na talasnoj funkciji, metode zasnovane na teoriji funkcionala gustine (DFT), semiempirijske metode, molekulska dinamika, doking analiza, statističke metode, pretraživanja baza podataka, hemometrija, itd. Osim korišćenja standardnih metoda, razvijaju se i novi numerički i računarski modeli. Proučavaju se mehanizmi hemijskih reakcija, spektroskopske osobine molekula, magnetizam, vibronska sprega, spinska stanja molekula, odnos između hemijske strukture i (re)aktivnosti, konformaciona analiza, interakcije pi-sistema, protein-ligand interakcije, homologo modelovanje proteina, određivanje farmakofornih modela, dizajn i projektovanje novih biloški aktivinih supstanci i materijala sa poboljšanim svojstvima.
Istraživanja u oblasti molekulskog modelovanja su multidisciplinarnog karaktera i usko povezana sa ostalim naučnim oblastima koje se razvijaju u Centru. Uspostavljena je aktivna saradnja sa većim brojem timova, kako u samom Centru i Institutu, tako i u naučnim ustanovama u zemlji i inostranstvu, od kojih izdvajamo:
- Univerzitet u Friburu, Švajcarska
- Univerzitet u Kantabriji, Santander, Španija
- Univerzitet u Đironi, Španija
- Université Joseph Fourier Grenoble, Francuska
- Aix Marseille Université, Francuska
- J. Heyrovský Institute of Physical Chemistry, The Czech Academy of Sciences, Češka republika
