الجسيم النانوي الخماسي
الطاقة مقابل الحجم

النهج الأكثر شيوعًا لفهم تكوين هذه الجسيمات، والذي استخدمه إينو لأول مرة في عام 1969، هو النظر إلى الطاقة كدالة في الحجم من خلال مقارنة التوائم العشرينية الوجوه والجسيمات النانوية العشرية الوجوه والبلورات المفردة. يمكن كتابة الطاقة الكلية لكل نوع من الجسيمات على أنها مجموع ثلاثة حدود:
لحجم  V، حيث  E_{surface} هي طاقة السطح،
و E_{strain} هي طاقة إجهاد الانحراف لإغلاق الفجوة (أو التداخل للمارقشيت وغيره)،
و E_{surface\ stress} هو مصطلح اقتران لتأثير الضغط على طاقة السطح من خلال الإجهاد السطحي، والذي يمكن أن يكون مساهمة كبيرة. يجري مقارنة مجموع هذه المصطلحات الثلاثة بالطاقة السطحية الكلية لبلورة واحدة (والتي لا يوجد بها أي إجهاد)، وبمصطلحات مماثلة لجسيم عشريني السطوح. نظرًا لأن الجسيمات العشرية السطوح لها طاقة سطح إجمالية أقل من البلورات المفردة بسبب (تقريبًا، في fcc) المزيد من الأسطح ذات الطاقة المنخفضة {111}، فهي أقل في الطاقة الإجمالية لنظام الحجم المتوسط، مع كون الجسيمات العشرينية السطوح أكثر استقرارًا في أحجام صغيرة جدًا. (تحتوي الجسيمات العشرينية الوجوه على المزيد من الأوجه {111}، ولكنها أيضًا تتعرض لمزيد من الإجهاد.) في الأحجام الكبيرة، يمكن أن تصبح طاقة الإجهاد كبيرة جدًا، لذا فمن المفضل من ناحية الطاقة أن يكون هناك خلع و/أو حدود حبيبية بدلاً من الإجهاد الموزع. من المؤكد تقريبًا أن العينات المعدنية الكبيرة جدًا محاصرة في تكوينات طاقة أعلى وغير مستقرة.
لا يوجد إجماع عام بشأن الأحجام الدقيقة عندما يكون هناك انتقال إلى نوع الجسيمات الأقل في الطاقة، حيث تختلف هذه الأحجام باختلاف المادة والبيئة مثل الغاز ودرجة الحرارة؛ مصطلح إجهاد سطح الاقتران وكذلك الطاقات السطحية للجوانب حساسة جدًا لهذه. بالإضافة إلى ذلك، وكما وصفه مايكل هوار و ب. بال لأول مرة و آر. ستيفن بيري وقد قام Pulickel Ajayan و Marks بتحليل هذه الجسيمات، كما ناقشها آخرون مثل أماندا برنارد، وديفيد جون ويلز  ‏، وKristen Fichthorn، و Baletto و Ferrando, في أحجام صغيرة جدًا، سيكون هناك عدد إحصائي من الهياكل المختلفة، وبالتالي ستتعايش العديد من الهياكل المختلفة. في العديد من الحالات، يُعتقد أن الجسيمات النانوية تنمو من بذرة صغيرة جدًا دون تغيير شكلها، وتعكس توزيع الهياكل المتعايشة.
بالنسبة للأنظمة التي تكون فيها أشكال السطوح العشرينية والعشرية منخفضة الطاقة نسبيًا، فإن المنافسة بين هذه الهياكل لها آثار على التنبؤ بالهيكل وعلى الخصائص الديناميكية الحرارية والحركية الكلية. تنتج هذه عن مشهد طاقة قمعي مزدوج double funnel energy landscape حيث يجري فصل العائلتين من الهياكل بواسطة حاجز طاقة مرتفع نسبيًا عند درجة الحرارة حيث تكون في حالة توازن ديناميكي حراري. تنشأ هذه الحالة لمجموعة مكونة من 75 ذرة ذات جهد لينارد جونز، حيث يكون الحد الأدنى لطاقة الوضع الكلية هو عشري السطوح، والهياكل القائمة على عشرينية ماكاي غير المكتملة منخفضة أيضًا في طاقة الوضع، ولكنها أعلى في الإنتروبيا entropy. يعتبر حاجز الطاقة الحرة بين هذه العائلات كبيرًا مقارنة بالطاقة الحرارية المتاحة عند درجة الحرارة التي تكون فيها في حالة توازن. يظهر مثال في الشكل، مع الاحتمال في الجزء السفلي والطاقة أعلاه مع محاور معامل الترتيب  Q_{6} ودرجة الحرارة  T. عند درجة حرارة منخفضة، تكون مجموعة الذرات عشرية السطوح (Dh) المكونة من 75 ذرة هي الحد الأدنى للطاقة الحرة الكلية، ولكن مع ارتفاع درجة الحرارة، فإن الإنتروبيا الأعلى للهياكل المتنافسة القائمة على العشرين وجهًا غير المكتملة (Ic) تتسبب في نظير النظام المحدود لانتقال الطور من الدرجة الأولى؛ وعند درجات حرارة أعلى، يجري تفضيل الحالة الشبيهة بالسائل.
لقد جرى دعم التجارب على أساس العمل الذي حدث فيه تصوير الجسيمات النانوية الفردية باستخدام المجاهر الإلكترونية إما أثناء نموها أو كدالة مع الزمن. كان أحد أقدم الأعمال هو عمل ياجي Yagi وآخرين الذين لاحظوا بشكل مباشر التغيرات في البنية الداخلية بمرور الوقت أثناء النمو. وقد لاحظت أعمال أحدث اختلافات في البنية الداخلية في الخلايا السائلة، أو تغييرات بين الأشكال المختلفة بسبب التسخين (أو كليهما) أو شعاع الإلكترون في المجهر الإلكتروني بما في ذلك تأثيرات الركيزة substrate effects.