Moleküler klonlama, moleküler biyolojide bir çalışma türüdür. Rekombinant DNA moleküllerini bir araya getirmek ve konakçı organizmalar içinde replikasyonlarını yönlendirmek için kullanılır. Klonlama kelimesinin kullanımı, tek bir canlı hücreden alınan bir DNA molekülünün, özdeş DNA molekülleri içeren büyük bir hücre popülasyonu yapmak için kullanılması anlamına gelir. Moleküler klonlama yöntemleri, modern biyoloji ve tıbbın birçok alanında merkezi öneme sahiptir.
Moleküler klonlamada genellikle iki farklı organizmadan DNA dizileri kullanılır: klonlanacak DNA'nın kaynağı olan tür ve rekombinant DNA'nın çoğaltılması (replike edilmesi) için canlı konak olarak hizmet edecek tür.
Bir moleküler klonlama deneyinde, klonlanacak DNA ilgilenilen bir organizmadan alınır, daha sonra daha küçük DNA parçaları elde etmek için test tüpünde enzimlerle muamele edilir. Bu parçalar daha sonra rekombinant DNA molekülleri üretmek için vektör DNA ile birleştirilir. Rekombinant DNA daha sonra bir konakçı organizmaya (tipik olarak büyümesi kolay, iyi huylu, E. coli bakterilerinin bir laboratuvar suşu) verilir. Böylece rekombinant DNA moleküllerinin konakçı DNA ile birlikte çoğaltıldığı bir organizma popülasyonu oluşur. Yabancı DNA parçaları içerdikleri için bunlar "transgenik" veya genetiği değiştirilmiş mikroorganizmalardır (GDO).
Bu süreç, tek bir bakteri hücresinin tek bir rekombinant DNA molekülünü alması ve çoğaltması için indüklenebileceği gerçeğinden yararlanır. Bu tek hücre daha sonra, her biri orijinal rekombinant molekülün kopyalarını içeren çok miktarda bakteri üretmek için katlanarak genişletilebilir. Bu nedenle, hem ortaya çıkan bakteri popülasyonu hem de rekombinant DNA molekülü genellikle "klon" olarak adlandırılır. Açıkçası, rekombinant DNA DNA moleküllerini ifade ederken, moleküler klonlama bunları bir araya getirmek için kullanılan deneysel yöntemleri ifade eder.