为了模拟一个纳米级的结构，使用的模拟方法必须同时考虑该结构，以及组成该结构的原子和分子之间的相互作用。这种模拟技术称为原子级模拟，而最常用的原子级模拟方法就是分子动力学（Molecular Dynamics，MD）。
Alder和Wainwright[1]首次利用分子动力学模拟了一个硬球系统。经典的分子动力学模拟方法采用简单的势函数来描述原子和分子间相互作用，并假定势函数包含了电子的平均效应。第一原则MD模拟方法考虑了离子间相互作用及离子和原子间相互作用，并追踪了电子的分布状况和离子的运动[2]。而嵌入原子模拟方法（Embedded Atom Method，EAM）及其变形，如修正嵌入原子法（Modified EAM），则在MD模拟方法中加入一个由电子效应造成的独立势能量，从而提高了经典MD模拟方法的功能[3]。
在经典的MD模拟中，最重要的输入是势函数。通常，这个函数取决于许多原子的位置。但在许多情况下最重要的术语是“成对”，即势能值仅取决于两个原子之间的距离。这一类型的势函数中，最著名的例子是雷纳德-琼斯势函数（Lenard-Jones potential）[4]。然而，即使采用这个简单的势函数，采用MD方法可模拟的原子数量与任意一个宏观小物体中的原子数量相比还是非常少。甚至在大尺度的MD模拟中，原子的数量也是限制在几百万，而且模拟时间只在ps（皮秒）到ns（纳秒）之间。(https://www.xing528.com)
为了建立原子级模型和连续介质模型之间的尺度差和时间差的过渡，可以采用细胞颗粒（Particle-in-cell）法[5]。这种方法考虑了宏观系统中发生的物理现象中原子的相互作用。另一种方法是原子连续体力学（Atomistic-Continuum Mechanics，ACM），它将材料的原子性质和连续力学结合了起来[6]。这种方法考虑了晶格结构和原子间的相互作用。采用该方法能推测材料的宏观机械性能，但是不能研究原子动力学的内容。
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