Molekyyligastronomia on ruoanvalmistuksen ymmärtämistä luonnontieteellisesti: sana molekyyli viittaa kemiaan ja fysiikkaan, ja gastronomia hyvään ruokaan ja siihen liittyvään nautintoon.[1] Molekyyligastronomia mahdollistaa ruoanlaiton ilmiöiden tarkastelemisen konseptuaalisesti eli ruoanlaittoon liittyvällä tavalla kemian ja fysiikan keinolla. Molekyyligastronomian tutkimuskohteita ovat esimerkiksi ainesosien muuttuminen ruoanvalmistuksessa ja ruoanvalmistukseen liittyvät sosiaaliset, taiteelliset ja tekniset näkökohdat.
Molekyyligastronomiaa ovat tehneet tunnetuksi maailman parhaiksi valitut ravintolat Fat Duck ja el Bulli. Molekyyligastronomian avulla voidaan myös tutkia tavallisen arkiruoan valmistusta tietopohjaisesti.