素材をナノスケールにまで小さくすると、マクロスケールとは異なる特性を示すようになり、新たな応用が可能になる。例えば、不透明だったものが透明になったり（銅 (Cu)）、不燃性だったものが可燃性になったり（アルミニウム (Al)）、不溶性だったものが可溶性になる（金 (Au)）。例えば金は通常のサイズでは化学的に不活性だが、ナノスケールでは強力な化学触媒として機能する。ナノテクノロジーは、ナノスケールにしたときに物質が示す量子現象や表面現象を利用するために発達したとも言える。
単純なものから複雑なものへ: 分子の観点.
現代の化学合成技術は、小さな分子をほとんどどんな構造にでも配置することが可能な点にまで到達している。今ではその技術を使って様々な薬品や商用ポリマーなどの有益な化学物質を製造している。そこからさらに、単一分子を集めて超分子を望みの形に形成できるかという問題が提起される。
こうしたボトムアップ方式は同時に多数のデバイスを生産できるためトップダウン方式よりもずっとコストが低くなるが、必要とされる分子の大きさと複雑さが増すと困難さも増すことが予想される。有益な構造のほとんどが、複雑で熱力学的にもあり得ない原子の配置を必要としている。しかし生体内では分子認識に基づくセルフアセンブリが様々な場面で行われており、塩基対や酵素と基質の相互作用が例として挙げられる。ナノテクノロジーの目標の一つは、そういった自然界の仕組みを応用して新たな有益なものを構築することである。
分子ナノテクノロジー: 長期的展望.
研究分野.
ナノ素材.
ナノ素材の分野には、ナノスケールになったとき独特の特性が生じる素材を研究開発するという分野が含まれる。
ボトムアップ的アプローチ.
ボトムアップ方式では、より小さいものから複雑なものを組み立てる。
トップダウン的アプローチ.
トップダウン方式では、より大きなものからより小さなデバイスを作ろうとする。
機能的アプローチ.
機能的アプローチとは、必要な機能がまずあって、それを何らかの手段で作り出そうとする研究である。
ツールと技法.