潤滑とは、互いに接触している二つの表面の間の摩擦を低減するために用いられる技術である。接触面の間に介在して摩擦を低減する液体を一般に潤滑剤という。マイクロデバイスやナノデバイスでは潤滑が必須であることが多いが、これらの微小な部品に合わせて従来の潤滑剤を分子サイズの薄い層にすると、粘性の影響が強くなりすぎる。この場合、Langmuir-Blodgett膜や自己組織化単分子膜のような方法で作られた薄膜を用いると効果的である。薄膜や自己組織化単分子膜は凝着性を高めるためにも用いられる。磁気記憶媒体に用いられるペルフルオロ化合物潤滑剤（PFPE）で、親水性を持たせたタイプと疎水性を持たせたタイプでは、湿潤環境における挙動が反対となることが発見されている。水分子は疎水性PFPE層の表面には凝着せず、基板との界面に潜り込んでPFPE層のぬれ性を低下させる。その結果、PFPE層はむしろ凝着力の増加をもたらす。親水性PFPEではこのような効果がなく、潤滑性が向上する。
摩擦力、すなわち相対運動を妨げる力は、通常アモントン＝クーロンの法則（摩擦を参照）のような経験則に即して考えられるが、ナノスケールにおいてはこれらの経験則は妥当性を失う。一例として、アモントンの第二法則によれば摩擦係数は接触面積によらないはずである。しかし、物質表面は一般にアスペリティを持つため、真実接触面積はアモントンの法則がいう見かけの接触面積とは大きく異なっている。実際には真実接触面積を減らすことで摩擦を低減することは可能である。AFMやFFMの探針は、試料表面をスキャンする間にポテンシャルエネルギーが低い（安定な）領域と高い領域を通過する。ポテンシャルの大小を決める要因の一つは原子位置、大きいスケールで言えば表面粗さである。熱の影響を考慮しないなら、探針にポテンシャル障壁を乗り越えさせる力は、探針を支持しているカンチレバーの復元力しか存在しない。このような状況ではスティックスリップ運動が起きる。ナノスケールでは摩擦係数はいくつかの条件によって変わる。例えば、小荷重領域では摩擦係数はマクロなスケールより小さく、荷重を大きくするとマクロな値に近づく。また温度や表面間の相対速度も摩擦係数に影響を与える。
ナノトライボロジーにおいて、数値計算はナノインデンテーションや摩擦、摩耗、潤滑のような多様な現象の研究に有用である。原子論的シミュレーションではひとつひとつの原子の運動やその軌跡を高い精度で求めることも可能であり、その情報は実験結果の解釈や、理論の検証や、実験的には実現困難な現象の研究に用いられる。さらに、試料調製、機器校正のような実験上の困難の多くは原子論的シミュレーションには存在しない。また、傷一つない清浄表面から極度に乱れたものまで、理論的にはいかなる表面も扱うことができる。ナノトライボロジーの分野に限ったことではないが、原子論的シミュレーションは原子間ポテンシャルが近似的にしか得られていないことや計算機能力の限界によって制約を受ける。このため、シミュレーション時間は多くの場合小さく（フェムト秒）、時間ステップは第一原理シミュレーションで1 fs、粗視化モデルで5 fsに限定される。原子論的シミュレーションによって、SPM測定中に探針と試料表面の間の引力によって急激な接触が起きることが示されている。この現象は、荷重制御AFMにおいてカンチレバーが柔軟であるために起きるスナップインとは全く異なる起源を持つ。また、AFMの原子分解能の起源もシミュレーションによって発見された。探針と試料の原子の間に共有結合が形成され、それがvan der Waals相互作用より支配的にはたらくために高い解像度が生まれるという。しかし、コンタクトモードAFMのスキャン中に原子空孔やアドアトムを検出するには原子レベルで鋭い先端が必要であることもシミュレーションで明らかになった。その一方、タッピングモードでは、先端が原子レベルで鋭くなくとも、いわゆる周波数変調法によって原子空孔やアドアトムを識別することができる。結論として、現実のAFMで原子分解能を達成できるのはノンコンタクトモードのみである。
音楽の盛んな町「ゆきかぜ町」にあるエスカレーター式の学校「ゆきかぜ学園」に通う少年「朝風陸」。双子の兄「海」と共に音楽家夫婦の間に生まれた彼は幼いころからずっとバイオリンを続けていた。10月のある日、彼は学園のアイドル的な美少女「北見ちさと」が何やら物思いにふけっているのを目にする。その日から陸は彼女のことが妙に気になりだし、バイオリンの演奏も思い通りにゆかなくなる。やがて自分がちさとに片想いをしているのだと気付く陸であったが、所詮自分と彼女では釣り合わないのだとあきらめる。数日後、陸がいつも聴いているラジオ番組『SMILE WAVE』で「音楽仲間になってくれるゆきかぜ学園の生徒を募集している」という葉書が読み上げられた。興味を抱いた陸は待ち合わせ場所であると言う町の喫茶店「レント」を訪れる。そこにやってきたのは陸が憧れていた少女・ちさとだった。仲間を探していたのはちさとであり、番組に投稿したのは彼女の親友でレントの看板娘でもある少女「双川なるみ」だった。聞くところによると二人はその年のクリスマス・イブの日に町の「ゆきかぜホール」で開かれる有名なコンクール「ホワイト・アンサンブル」への出場を希望しており、そのためのユニットを組んで欲しいとのことだった。自分ごときの実力ではレベルの高いホワイト・アンサンブルに出られるわけがないということと、年齢資格も満たしていないということから一瞬断ろうとした陸だったが、ちさとにあまりにも切実に頼まれたことにより、思わず引き受けると言ってしまう。ピアノが弾ける双子の兄「海」にも是非協力して欲しいと言われた陸は、その日の出来事を兄に話す。気難しい性格の兄が引き受けるわけがないと思っていた陸であったが、意外にも海は素直に参加すると語った。こうして、陸・海・ちさと・なるみの4人で結成されたユニットはホワイト・アンサンブル出場のため練習を開始することになった。