Nanotechnológie by mali slúžiť na priamu manipuláciu hmoty na nanoúrovni, na ktorú doposiaľ nemáme dostatočnú úroveň techniky. Okrem toho by nanotechnológie mohli mať samoreplikujúce vlastnosti a taktiež tieto systémy by mali byť schopné výroby užitočných produktov. Ďalším veľkým prínosom nanotechnológie je to, že pri výrobe touto technikou vzniká minimum odpadu.V oblasti nanotechnológie sa pracuje so štruktúrami, ktoré majú rozmery rádovo v nanometroch (1 nm = m). Atómy majú veľkosť m. Najpoužívanejšími "stavebnými prvkami" v oblasti nanotechnológií sú nanorúrky a fullerény. 

Fullerény sú molekuly tvorené 60 atómmi uhlíka (prípadne 50,70 a existujú i ďalšie, ale 
v praxi zatiaľ menej používané formy), ktoré sú usporiadané do päť - alebo šesťuholníkov. Do fulerénu môžeme "vložiť" nejaký cudzí atóm či atómy, čím zmeníme vlastnosti fulerénu. Ak doň napríklad vložíme atómy alkalického kovu, získame supravodič. Ich potenciál by sme mohli využívať v medicíne na prepravovanie liekov (do vnútra fulerénu by sme vložili liek a po dopravení na dané miesto by ho uvolnil).

Nanorúrky majú veľké prednosti oproti doterajším materiálom - sú veľmi pevné (1000-krát pevnejšie ako oceľové vlákna a pritom 6-krát ľahšie). Uhlíkové nanotrubice (carbon nanotubes), prvý-krát vyrobené v roku 1991, sú taktiež príkladom úspešného bádania na poli nanotechnológií. Nanotrubice sa dajú použiť pri konštrukcii senzorov, ako časti nanorobotov alebo ako potenciálne miniatúrne vodiče. Pomocou technológie výroby nanotrubíc je možné tiež vytvárať veľmi presné miniatúrne otvory alebo tiež pokrývať materiál tenkou vrstvou častíc (filmom) napríklad za účelom zníženia trenia alebo zvýšenia odolnosti styčných plôch materiálu. Nanorúrky sa využívajú napríklad pri konštrukcii nepriestrelnej vesty, ale mohli by slúžiť aj na úschovu nestálych chemikálií, ako je vodík a tiež na výrobu nanoprevodoviek. Sú výbornými vodičmi elektrického prúdu a tepla a za vhodných podmienok sa dokážu samoorganizovať do zložitejších štruktúr. Taktiež sú schopné samoopravovania,to znamená že ak chýba v štruktúre nanorúrky atóm, dôjde k posunu iných atómov 
a medzera v nanorúrke sa zaplní.