Đây là một lĩnh vực đa ngành được vẽ từ các lĩnh vực như vật lý ứng dụng, khoa học vật liệu, khoa học keo, vật lý thiết bị, hóa học siêu phân tử, và thậm chí cả kỹ thuật cơ điện.

Nhiều suy đoán tồn tại như những gì khoa học và công nghệ mới có thể là kết quả của những dòng nghiên cứu này.

Công nghệ nano có thể được coi là một phần mở rộng của các ngành khoa học hiện có vào quy mô nano hoặc là một sự gợi lại các ngành khoa học hiện có bằng cách sử dụng thuật ngữ mới hơn, hiện đại hơn.

Hai phương pháp chính được sử dụng trong công nghệ nano.

Theo cách tiếp cận “từ dưới lên”, các vật liệu và thiết bị được chế tạo từ các thành phần phân tử tự lắp ráp hóa học theo nguyên tắc nhận dạng phân tử.

Theo cách tiếp cận “từ trên xuống”, các vật thể nano được chế tạo từ các thực thể lớn hơn mà không cần điều khiển ở cấp độ nguyên tử.

Động lực cho công nghệ nano xuất phát từ mối quan tâm mới trong khoa học keo, kết hợp với một thế hệ công cụ phân tích mới như kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) và kính hiển vi quét đường hầm (STM).

Kết hợp với các quá trình tinh chế như quang khắc chùm electron và epit wax chùm phân tử, các thiết bị này cho phép thao tác có chủ ý các cấu trúc nano, và dẫn đến việc quan sát các hiện tượng mới lạ.

Ví dụ về công nghệ nano trong sử dụng hiện đại là sản xuất các polyme dựa trên cấu trúc phân tử và thiết kế bố trí chip máy tính dựa trên khoa học bề mặt.

Bất chấp lời hứa lớn của nhiều công nghệ nano như chấm lượng tử và ống nano, các ứng dụng thương mại thực sự chủ yếu sử dụng các lợi thế của hạt nano keo ở dạng khối, như kem chống nắng, mỹ phẩm, lớp phủ bảo vệ và quần áo chống vết bẩn.

Hóa học tổng hợp hiện đại đã đạt đến điểm có thể điều chế các phân tử nhỏ cho hầu hết mọi cấu trúc.

Những phương pháp này được sử dụng ngày nay để sản xuất nhiều loại hóa chất hữu ích như dược phẩm hoặc polymer thương mại.

Khả năng này đặt ra câu hỏi về việc mở rộng loại điều khiển này lên cấp độ lớn hơn tiếp theo, tìm kiếm các phương pháp để lắp ráp các phân tử đơn lẻ này thành các tổ hợp siêu phân tử bao gồm nhiều phân tử được sắp xếp theo cách được xác định rõ.

Các phương pháp này sử dụng các khái niệm về tự lắp ráp phân tử và / hoặc hóa học siêu phân tử để tự động sắp xếp chúng thành một số hình dạng hữu ích thông qua cách tiếp cận từ dưới lên.

Khái niệm nhận dạng phân tử đặc biệt quan trọng: các phân tử có thể được thiết kế sao cho một cấu trúc hoặc sự sắp xếp cụ thể được ưa chuộng do các lực liên phân tử không cộng hóa trị.

Các quy tắc cơ sở Watson-Crick là kết quả trực tiếp của điều này, cũng như tính đặc hiệu của một enzyme được nhắm mục tiêu đến một chất nền đơn lẻ, hoặc sự gấp nếp cụ thể của protein.

Do đó, hai hoặc nhiều thành phần có thể được thiết kế để bổ sung và hấp dẫn lẫn nhau để chúng tạo nên một tổng thể phức tạp và hữu ích hơn.