Do struktur tych zalicza się:

• Tworzywa sztuczne - których struktura jest kontrolowana na poziomie pojedynczych cząsteczek - można w ten sposób uzyskiwać materiały o niespotykanych własnościach mechanicznych i innych;
• Sztuczne włókna - o bardzo precyzyjnej budowie molekularnej, które również posiadają niespotykane własności mechaniczne;
• Nanorurki - bardzo długie cząsteczki, które mogą służyć jako kierunkowe przewodniki prądu lub filtry przepuszczające tylko jeden określony związek chemiczny;
• Nanokapsułki - mikroskopijne kuleczki, wewnątrz których można umieszczać np. leki;
• Molekularne układy elektroniczne - układy składające się z pojedynczych cząsteczek, które zachowują się jak np. tranzystory, połączone polimerami przewodzącymi, które spełniają rolę drutów molekularnych;
• Mikromaszyny - maszyny zbudowane z tłoków, kół zębatych, itp., które same są zbudowane z kilkunastu do kilkuset warstw atomowych;
• Powłoki - aktywne cienkie warstwy nanokompozytów wzbudzane światłem widzialnym lub ultrafioletem stanowiące barierę mikrobiologiczną.

Celem nanotechnologii jest wykorzystanie tych właściwości poprzez osiągnięcie kontroli na poziomie atomowym i molekularnym cząsteczek oraz opracowanie skutecznego repliki zegarków sposobu ich wytwarzania i wykorzystania. Zachowanie cząsteczek w "nanoskali" jest trudniejsze do przewidzenia w porównaniu do zachowania większych cząsteczek.

Możliwość zmniejszenia wymiarów cząsteczki do nanoskali prowadzi do uzyskania wyjątkowych własności nanowłókien węglowych, cienkich folii, struktur opartych na DNA czy emiterów laserowych.

Nanotechnologia odgrywa kluczową rolę w osiągnięciach najbardziej zaawansowanych dziedzin, takich jak informatyka, telekomunikacja, biotechnologia, medycyna, energetyka i ochrona środowiska naturalnego. Jest jedną z najbardziej dynamicznie rozwijających się dziedzin w ostatnich latach.