国家纳米科学中心现有6个研究室,2个实验室。国家纳米科学中心还与北京大学医学部等单位共建有协作实验室19个。纳米器件研究室主要从事功能纳米器件的制备和集成技术。包括新型纳米结构加工和集成方法;基于纳米结构的高灵敏度、高选择性的传感技术;储能材料与器件。纳米材料研究室主要从事新型纳米材料的制备和组装,以及功能纳米材料在环境科学和新能源中应用的相关研究工作。纳米生物效应与安全研究室主要从事的研究包括纳米结构和生物体之间相互作用,利用纳米科学和技术探索生命科学的基本问题。纳米表征研究室主要从事低维材料体系的性能与结构关系的研究,探索分子材料的组装规律和相关物性,发展和完善对纳米尺度结构的光、电、磁、力等性能的精确测量方法及研究设备。纳米标准研究室主要从事纳米技术标准化的研究,如纳米检测技术标准化,纳米标准物质与样品的研制,纳米计量溯源等工作。纳米制造与应用基础研究室主要从事多功能有机无机纳米复合材料、纳米结构表面的低成本宏量化控制合成和制造技术,以及可集成化的功能高分子纳米复合光电材料研究,核心目标是为纳米材料和技术在能源、环境、光/微波通信、生物传感等国民经济骨干行业的应用提供关键技术的支撑。