К биологическим моторам относят моторные белки: миозины, кинезины и динеины, которые обеспечивают сокращение мышц, движение немышечных клеток, деление клеток, эндоцитоз, экзоцитоз, а также процессы внутриклеточного транспорта органелл и маркомолекул. Перечисленные моторные белки принадлежат к т.н. линейным моторам, которые выполняют механическую работу, перемещаясь в одном направлении вдоль компонентов цитоскелета - микрофиламентов (миозины) или микротрубочек (кинезины и динеины). В качестве топлива они используют аденозинтрифосфат (АТФ) - универсальный энергетический субстрат клетки. Среди моторных белков есть представители, осуществляющие движение либо в прямом, либо в обратном направлении и развивающие различное усилие. Все моторные белки регулируются клеточными системами, осуществляющими их активацию, торможение и взаимодействие с перевозимыми грузами.

У бактерий существует ротационный мотор, напоминающий по своему устройству электродвигатель, т.н. жгутиковый моторный комплекс

 Он используется для вращения жгутиков и перемещения клеток в водной среде.

Еще один белковый комплекс, совершающий вращательные движения, т.н. F₁-F₀ АТФ-синтаза, есть у всех живых организмов

В клетках животных и растений он встроен во внутреннюю мембрану митохондрий - энергетических станций клеток. Он использует электрохимический градиент протонов на митохондриальной мембране для синтеза АТФ. При этом 10-14 субъединиц белкового комплекса F_o вращается в плоскости мембраны как ротор в статоре, образованном другой субъединицей F_o. Мотор комплекса F_o приводит во вращение g-субъединицу комплекса F₁, которая при вращении изменяет конформацию других субъединиц F₁, что необходимо для синтеза АТФ.  (компьютерную анимацию этого процесса можно увидеть по адресу http://multimedia.mcb.harvard.edu/anim_ATPase3_flv.html). Этот мотор может работать и в обратном направлении - расщеплять АТФ (F1-АТФаза) и за счет полученной энергии создавать градиент протонов на мембране митохондрий. При этом активным мотором становится g-субъединица комплекса F₁, которая теперь вращается в обратном направлении и вращает ротор комплекса F_o. В такой конфигурации Fo становится протонным насосом. Установлено, что g-субъединица F₁ работает, как шаговый мотор, поворачиваясь за один шаг на 120^о.

Специальные белки развивают значительное механическое усилие и совершают перемещения при работе с молекулами ДНК. К ним относятся ДНК-полимеразы и РНК-полимеразы, синтезирующие нуклеиновые кислоты на матрице ДНК; топоизомераза, расплетающая нити двухцепоцечной ДНК; белковые и РНК-белковые комплексы для упаковки вирусного генома в капсид.

Биологические моторы имеют наноразмеры и зачастую более высокую эффективность по сравнению с макромоторами, созданными человеком. Они экологически безопасны и биосовместимы. Поскольку биологические моторы - это белковые молекулы, кодируемые соответствующими генами, возможно их конструирование с заданными свойствами с помощью генной инженерии. Привлекательность биомолекулярных моторов для нанотехнологий состоит и в том, что сегодня это практически единственные реально существующие наномоторы (разработка искусственных наномоторов находится на самых ранних стадиях). Недостатком биологических моторов являются специальные условия работы: жидкая среда определенного солевого состава, температура и рН. Это ограничивает область их применения. Однако эти требования не являются лимитирующими для применения биологических моторов в наномедицине, например, при создании диагностических лабораторий на чипе, систем доставки генов и лекарств, бионаноэлектромеханических систем (биоНЭМС) и нанороботов медицинского назначения. Для изучения и измерения механических свойств бионаномоторов применяют лазерный пинцет, с помощью которого можно регистрировать пиконьютонные силы и нанометровые перемещения, производимые одиночными моторными молекулами.