La maggior parte delle ricerche nel campo delle macchine molecolari artificiali è attualmente concentrata su sistemi supramolecolari chiamati pseudorotassani, rotassani e catenani, con i quali è possibile ottenere semplici movimenti lineari o rotatori (Fig. 3). Uno pseudorotassano è un sistema supramolecolare formato da una molecola filiforme infilata in una molecola ad anello (Fig. 3a).

Un rotassano può essere immaginato come formato da uno pseudorotassano in cui, all'estremità del componente lineare, sono stati aggiunti due gruppi ingombranti per impedire lo sfilamento dell'anello (Fig. 3b,c). Un catenano, infine, è un sistema supramolecolare formato da due molecole ad anello incatenate una all'altra (Fig. 3d,e). In sistemi di questo genere, se accuratamente progettati, è possibile, mediante l'uso di opportuni stimoli energetici, mettere in atto movimenti meccanici come quelli mostrati nella Fig 3. Al fine di controllare tali movimenti è, però, necessario che siano verificati quattro requisiti fondamentali:

1. il sistema deve avere solo due situazioni strutturalmente stabili (ad esempio, per il sistema di Fig. 3a le due situazioni corrispondono ad avere i componenti associati o separati)
2. una delle due strutture deve essere più stabile dell'altra, così da avere una situazione iniziale in cui è presente una sola struttura (ad esempio, per il sistema di Fig. 3a la situazione più stabile è generalmente quella in cui i due componenti sono associati);
3. con uno stimolo esterno deve essere possibile destabilizzare la struttura iniziale e costringere quindi il sistema a riorganizzarsi nell'altra struttura;
4. con un secondo stimolo esterno deve essere possibile annullare l'effetto destabilizzante e ritornare alla struttura originale.

Di seguito sono illustrati alcuni esempi di macchine molecolari basate su tali sistemi, scelti anche per mostrare come sia possibile utilizzare energia luminosa, chimica, o elettrica per far avvenire la reazione responsabile del movimento.

Il movimento di sfilaggio/infilaggio dei due componenti molecolari di uno pseudorotassano (Fig. 3a) ricorda quello di un pistone in un cilindro ed in Fig. 4 è illustrato un esempio reale di sistema in grado di comportarsi in tal modo.Il componente filiforme A possiede l'unità A1 che ha tendenza ad accettare elettroni, mentre il componente ciclico B possiede due unità B1 che hanno tendenza a donare elettroni. In virtù di questa complementarietà nelle proprietà chimiche, i due componenti, quando sono messi nella stessa soluzione, si associano spontaneamente dando origine alla struttura di tipo pseudorotassano. Si può notare che il componente lineare contiene anche l'unità A2, il complesso Ru(bpy)₃²⁺, che non gioca alcun ruolo nell'associazione, ma che costituisce il "motore a luce" del sistema. Infatti, quando il sistema viene illuminato con luce di opportuna lunghezza d'onda, l'assorbimento di un fotone da parte dell'unità A2 causa il trasferimento di un elettrone da A2 (che si ossida) ad A1 (che si riduce). L'unità A1 perde così la sua proprietà di accettare elettroni e non è più in grado di interagire con le unità elettron donatrici B1 del componente ciclico. In altre parole, l'eccitazione fotonica distrugge l'interazione che tiene associati i due componenti, inducendo il movimento di sfilaggio. Si deve, però, notare che tale processo, essendo relativamente lento, può avvenire solo se nella soluzione è presente una sostanza, Red, che cede un elettrone all'unità A2, non appena questa ha trasferito un elettrone all'unità A1. In caso contrario, l'elettrone acquistato dall'unità A1 tornerebbe molto velocemente sull'unità A2 con immediato ripristino dell'interazione donatore-accettore che mantiene associati i due componenti.

Il ri-infilaggio dei componenti può essere ottenuto aggiungendo alla soluzione un ossidante, Ox, (in molti casi, semplicemente ossigeno) che, togliendo ad A1 l'elettrone acquistato nel processo di riduzione, ripristina le sue proprietà elettron accettrici.

È importante sottolineare che in questo sistema il movimento meccanico è indotto dalla luce, ma sono anche necessarie due sostanze chimiche, Red e Ox, per far sì che avvenga il ciclo completo di sfilaggio e ri-infilaggio, con inevitabile formazione di prodotti di scarto (Prod).

Attualmente sono allo studio sistemi pistone/cilindro il cui funzionamento, essendo esclusivamente "guidato" da impulsi luminosi, non comporta la formazione di prodotti di scarto.