Glavni cilji našega raziskovalnega programa so bili izpeljava in razvoj novih metod za molekularno modeliranje. Molekularno modeliranje je nepogrešljivo pri teoretičnih raziskavah v kemiji, molekularni fiziki, strukturni biologiji, pri razvoju novih materialov (nanotehnologije), itd. Računalniško modeliranje je v svetu zelo uveljavljeno, ne le v znanosti kot mogočen pripomoček za boljše razumevanje lastnosti snovi in korelacije strukture z makrolastnostmi, zlasti biološkimi, ampak tudi v industriji. Prednjači predvsem farmacevtska industrija. Smotrna raba metod molekularnega modeliranja zahteva razumevanje teoretskih osnov, kakor tudi ustrezno izbiro tipa metod za reševanje določenih nalog. Pri tem je nujno dobro poznavanje dosega in zanesljivosti metod, kar je bistveno za vrednotenje in interpretacijo računskih rezultatov. Nekatere fenomene na področju molekularne biologije in večkomponentnih kemijskih reakcij lahko pojasnimo s pomočjo molekularnega modeliranja. Razvoj algoritmov za računalniško modeliranje strukture in dinamike molekul omogoča večjo natančnost računanja in s tem bolje izrabljen računalniški čas pri obravnavanju zanimivih molekul, kakor tudi daljše simulacije kompleksnih sistemov. Izpeljali smo eksplicitno, simplektično metodo za simulacijo molekulske dinamike (SISM), ki sloni na razcepu hamiltoniana sistema, dopušča integracijo gibalnih enačb z velikim časovnim korakom, je stabilna in ekonomična za računanje ter primerna za uspešno implementacijo na vzporednih računalnikih. Učinkovitost novo razvite metode SISM smo prikazali na sistemu planarnih molekul vode. Rezultati simulacij kažejo, da metoda SISM omogoča uporabo do šestkrat daljšega integracijskega koraka kot druge standardne metode. Obenem pa se strukturne in dinamične lastnosti sistema izračunane s pomočjo metod SISM in Leapfrog-Verlet dobro ujemajo. Tako razvita metoda omogoča izračun IR spektra (npr. vode) tako natančno kot nobena druga znana metoda. Na področju razvoja metod za računanje elektronske strukture molekul s pomočjo Greenovih funkcij smo izvedli vrsto optimizacij, ki vodijo v sistematično izboljšanje natančnosti in hitrosti računanja. Metodo smo posplošili za obravnavo večjih molekulskih sistemov. Pri študiju obnašanja vode v neposredni bližini površine proteinov smo na podlagi simulacije molekulske dinamike hidratiranega proteina lizocim določili prevladujoč mehanizem za gostotne spremembe vode. Rezultati so pokazali, da so gostotne spremembe vode v tesni zvezi z medsebojno orientacijo sosednjih molekul vode in s tem z dipolno interakcijo, pri čemer se posamezne molekule vode ravnajo glede na lokalno elektrostatsko polje proteina. Na področju razvoja QM/MM metod smo razvili REPLICA/PATH metodo, ki je vgrajena v CHARMM, eden najpogosteje uporabljenih programskih paketov za molekulske simulacije. Hibridno QM/MM metodo za izračun potenciala smo razširili tako, da je primerna za avtomatsko določanje prehodnih stanj v kemijskih reakcijah. Metodo smo testirali na nekaterih encimskih reakcijah. Rezultati dajo dobro ujemanje energij za prehodna stanja z merjenimi vrednostmi. Z izračunom simultane alfa adicije kationa in aniona na izocianid smo pokazali, da kationi, anioni in izocianidi direktno tvorijo alfa-adukt. Na osnovi tega dela se je odprlo zanimivo vprašanje (zanimivo tudi na področju kombinatorne kemije in razvoja zdravil) ali splošno velja, da ionske reakcije izocianidov potekajo kot več-komponentne reakcije. Na področju računskih pristopov takih študij še ni bilo opravljenih, eksperimentalno se pa tega še ne da obravnavati.