物質(zhì)的宏觀性質(zhì)由組成該物質(zhì)的大量微觀粒子的統(tǒng)計行為決定。要利用MD模擬方法準確地預報該物質(zhì)的宏觀性質(zhì)，模擬體系必須包含足夠多的微觀粒子。當前，最先進的計算系統(tǒng)雖可以模擬多達10^8數(shù)量級的粒子，但大多數(shù)MD模擬者無法獲得這樣的計算設施或服務。除常規(guī)的基于CPU的計算機外，利用GPU技術更有可能模擬多達10^9數(shù)量級的原子。但是，即使擁有這樣的計算設施，仍然無法充分滿足MD模擬對計算能力的要求。事實上，即使模擬體系包含多達10^10個水分子，元胞的邊長仍只有0.67μm左右，具有顯著的邊界效應。

為了消除因模擬體系的規(guī)模限制而引起的邊界效應，通常在MD模擬中引入周期性的邊界條件（periodic boundary conditions,PBC）。引入周期性邊界條件后，模擬體系成為無限的具有相同性質(zhì)的分子體系的一部分，簡稱中心元胞。通過周期性邊界條件，中心元胞的像在三維空間中周期性地重復出現(xiàn)，充滿整個空間。這樣，雖然MD方法只模擬實際物質(zhì)的很小一部分，但由于所模擬體系的像在三維空間中周期性地出現(xiàn)，整個體系變成膺無窮大了。

圖6-1是周期性邊界條件的二維示意圖。圖中顯示中心元胞中的任意一個位于ri=（xi，yi）的粒子i,其像粒子在二維空間中周期性地重復出現(xiàn)，對應的坐標位置為

式中，Lx和Ly分別為中心元胞在z方向和y方向上的長度；l和m為任意整數(shù)，標記不同的像元胞。對中心元胞，l=0,m=0；中心元胞右邊的那個像元胞，l=1,m=0。在該像元胞中，粒子i的像坐標位置為

以此類推，只要在x方向和y方向不斷重復中心元胞，像元胞就可以充滿整個二維空間。如果在二維空間的上下方重復元胞，就能實現(xiàn)三維周期性邊界條件。

在進行MD模擬時，粒子不但可以在中心元胞內(nèi)運動，還可以離開中心元胞，進入鄰近的像元胞。同樣，鄰近像元胞中的像粒子也可以進入中心元胞。如果模擬時間足夠長，模擬體系的所有粒子或像粒子可以在整個空間運動。在這過程中，周期性邊界條件的作用是，當某個粒子i從中心元胞的一邊離開中心元胞時，一定有一個像粒子從中心元胞的另一邊進入該中心元胞。所以，中心元胞中的粒子種類和數(shù)量在模擬過程中保持不變。另外，即使某個分子的一部分離開中心元胞，另一部分仍留在中心元胞中，仍可以利用周期性邊界條件重新再現(xiàn)完整的分子及其周圍分子，消除邊界效應。