自组装、缺陷和生物纳米等概念来描述，任何新的纳米结构的合成都与这些概念有关。纳米结构的合成取决于表面、尺寸和形状将如何引导构件自组装成功能结构。它们可能存在功能缺陷，也可能在电学、光学、医学或生物分析等问题上有用。合成碳纳米材料，如碳纳米管（CNT）、石墨烯和富勒烯等，就是一个很好的例子。这些材料因其优异的机械性能和电性能近年来备受关注。二氧化硅、金、聚二甲基硅氧烷、硒化镉、氧化铁和碳等材料都显示了纳米化学的转化能力。纳米化学可以将氧化铁（铁锈）制成核磁共振最有效的造影剂，它具有检测癌症的能力，甚至可以