分子進化工程是繼蛋白質工程之后的第三代基因工程。它通過在試管里對以核酸為主的多分子體系施以選擇的壓力，模擬自然中生物進化歷程，以達到創造新基因、新蛋白質的目的。
這需要三個步驟，即擴增、突變和選擇。擴增是使所提取的遺傳信息DNA片段分子獲得大量的拷貝；突變是在基因水平上施加壓力，使DNA片段上的堿基發生變異，這種變異為選擇和進化提供原料；選擇是在表型水平上通過適者生存，不適者淘汰的方式固定變異。這三個過程緊密相連缺一不可。
科學家已應用此方法，通過試管里的定向進化，獲得了能抑制凝血酶活性的DNA分子，這類DNA具有抗凝血作用，它有可能代替溶解血栓的蛋白質藥物，來治療心肌梗塞、腦血栓等疾病。