Kloning molekuler adalah jenis pekerjaan dalam biologi molekuler. Hal ini digunakan untuk merakit molekul DNA rekombinan, dan untuk mengarahkan replikasi mereka dalam organisme inang. Penggunaan kata kloning berarti molekul DNA dari satu sel hidup digunakan untuk membuat populasi besar sel yang mengandung molekul DNA identik. Metode kloning molekuler merupakan pusat dari banyak bidang biologi dan kedokteran modern.
Kloning molekuler umumnya menggunakan urutan DNA dari dua organisme yang berbeda: spesies yang merupakan sumber DNA yang akan dikloning, dan spesies yang akan berfungsi sebagai inang yang hidup untuk memperbanyak (replikasi) DNA rekombinan.
Dalam eksperimen kloning molekuler, DNA yang akan dikloning didapat dari organisme yang diminati, kemudian diperlakukan dengan enzim dalam tabung reaksi untuk mendapatkan fragmen DNA yang lebih kecil. Fragmen-fragmen ini kemudian digabungkan dengan DNA vektor untuk menghasilkan molekul DNA rekombinan. DNA rekombinan ini kemudian dimasukkan ke dalam organisme inang (biasanya strain bakteri E. coli yang mudah tumbuh, jinak, dan mudah tumbuh di laboratorium). Ini menghasilkan populasi organisme di mana molekul DNA rekombinan direplikasi bersama dengan DNA inang. Karena mengandung fragmen DNA asing, maka organisme ini adalah mikroorganisme "transgenik" atau modifikasi genetik (GMO).
Proses ini memanfaatkan fakta bahwa sel bakteri tunggal dapat diinduksi untuk mengambil dan mereplikasi molekul DNA rekombinan tunggal. Sel tunggal ini kemudian dapat diperluas secara eksponensial untuk menghasilkan sejumlah besar bakteri, yang masing-masing mengandung salinan molekul rekombinan asli. Dengan demikian, baik populasi bakteri yang dihasilkan, dan molekul DNA rekombinan, biasanya disebut sebagai "klon". Sebenarnya, DNA rekombinan mengacu pada molekul DNA, sementara kloning molekuler mengacu pada metode eksperimental yang digunakan untuk merakitnya.