La gastronomie moléculaire est la recherche des mécanismes des phénomènes qui surviennent lors des transformations culinaires.
C'est une discipline scientifique : son objet est de participer au progrès de la connaissance culinaire et de la cuisine. Le terme a été inventé par Nicholas Kurti, physicien d'Oxford, et Hervé This, physico-chimiste français, qui travaille aujourd'hui dans l'UMR 214 de l'INRA à AgroParisTech et qui reste rattaché au Laboratoire de chimie des interactions moléculaires du Collège de France. La première mention officielle de cette terminologie apparaît sur les lettres envoyées lors de la préparation de l'International Workshop on Molecular and Physical Gastronomy, qui s'est tenu à Erice (Sicile) en mai 1992.
Selon Hervé This, la gastronomie moléculaire a pour objet :
La dimension moléculaire permet de mieux modéliser les réactions chimiques spécifiques de la cuisine, car elles jouent à plein dans des notions telles que l'émulsion, la floculation, la cuisson à cœur, la convection, les effets tensio-actifs...
Des scientifiques réputés tels que Antoine-Laurent de Lavoisier, Parmentier, Justus Liebig, Rumford, Michel-Eugène Chevreul... n'ont pas dédaigné explorer les transformations culinaires. Dans la première moitié du XXe siècle, le microbiologiste français Édouard de Pomiane fit une large publicité aux études scientifiques de la cuisine, mais il confondit science, technologie, technique, art. En 1984, l'Américain Harold McGee publieOn Food and Cooking, suivi en 1990 par The Curious Cook. Les livres de McGee deviennent rapidement la référence pour les cuisiniers anglo-saxons, qui oublient que Pomiane était une vedette qui avait publié des best-sellers.
La gastronomie moléculaire est une branche particulière de la science des aliments. D'après Hervé This, il est légitime que le contribuable soutienne une telle activité car son développement est important. La gastronomie moléculaire a un intérêt industriel vis-à-vis de la commercialisation des plats préparés et de l'agroalimentaire : prenons l'exemple de l'œuf qui est fréquemment utilisé dans l'industrie alimentaire. Chacun sait que l'œuf peut être à l'origine d'intoxications alimentaires à la Salmonella. L'OMS indique qu'en Europe, la consommation d'œufs infectés, crus ou mal cuits est responsable de 40% des cas de salmonellose. Les risques de contaminations semblent donc assez importants. Dans ce cas, les études de la gastronomie moléculaire sont appliquées en mettant en jeu la chimie des aliments, la biochimie, la physique et la microbiologie alimentaire pour assurer la salubrité des produits de l'industrie agroalimentaire. D'autre part, certaines protéines alimentaires ont des propriétés allergisantes ; il est donc indispensable de pouvoir substituer certains aliments dans des recettes. Par exemple l'œuf est un aliment intéressant au niveau physico-chimique : il présente un pouvoir émulsifiant, moussant et coagulant. Dans la préparation d'un flan, l'œuf est un coagulant qui peut être substitué par de l'agar-agar -substance mucilagineuse extraite de certaines algues rouges- car il présente des propriétés comparables. La gastronomie moléculaire permet de chercher des substituts adéquats à partir de l'étude des propriétés physico-chimiques des aliments.