Το νανοεργοστάσιο είναι η τυπική προτεινόμενη εφαρμογή για τη μοριακή κατασκευή πρώτης γενιάς, γνωστή και ως μοριακή νανοτεχνολογία. Η μοριακή κατασκευή είναι μια φουτουριστική τεχνολογία που θα χρησιμοποιούσε τεράστιες σειρές συστημάτων μηχανών νανοεπιπέδου («νανοσυναρμολογητές») για τη σύνθεση προϊόντων μακρο-κλίμακας χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται συγκλίνουσα συναρμολόγηση. Στη συγκλίνουσα συναρμολόγηση, μια γραμμή συναρμολόγησης προοδευτικά μεγαλύτερων βραχιόνων χειριστή συναρμολογεί τα υποσυστατικά του προϊόντος και τα περνά στο επόμενο στάδιο των μεγαλύτερων βραχιόνων χειριστή, έως ότου τελικά δημιουργηθεί ένα προϊόν που μπορεί να χρησιμοποιηθεί από τον άνθρωπο.
Επειδή αυτοί οι νανοσυναρμολογητές θα ήταν ακίνητοι και θα λειτουργούσαν σε μια γραμμή συναρμολόγησης όπως ένα συμβατικό εργοστάσιο, ο κίνδυνος να χαλάσουν αυτές οι νανομηχανές και να λειτουργήσουν άγρια απουσιάζει. Οι οραματιστές της νανοτεχνολογίας ανησυχούν εδώ και καιρό για μια αντίδραση στην προτεινόμενη τεχνολογία τους που βασίζεται σε φανταστικές ιστορίες επιστημονικής φαντασίας, όπως το «Prey» του Michael Crichton, το οποίο απεικονίζει τη «νανοτεχνολογία» ως σμήνη αυτόνομων μηχανών με ικανότητες που εξελίσσονται. Η έννοια του νανοεργοστάσιο παρέχει μια σταθερή αντίκρουση σε τέτοια σενάρια καταστροφής.
Λόγω των νόμων κλιμάκωσης, τα νανοεργοστάσια μπορεί να είναι εξαιρετικά παραγωγικά. Τα συστήματα ρομποτικής μακρο-κλίμακας, όπως τα ρομποτικά που χρησιμοποιούνται για τη συναρμολόγηση αυτοκινήτων, χρησιμοποιούν βραχίονες χειριστή που κινούνται πολύ αργά σύμφωνα με τα νανοτεχνολογικά πρότυπα. Οι βραχίονες χειριστή που λειτουργούν σε μοριακό επίπεδο θα μπορούσαν να εκτελούν λειτουργίες συναρμολόγησης πολύ γρήγορα, της τάξης των GHz (δισεκατομμύρια φορές ανά δευτερόλεπτο) και όχι απλώς Hz. Οι προκαταρκτικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι ένα νανοεργοστάσιο θα μπορούσε να επεξεργαστεί τη μάζα του σε λίγες ώρες.
Μέσω προηγμένου προγραμματισμού, ένα νανοεργοστάσιο θα επέτρεπε στον χρήστη να καθορίσει τη σύνθεση ενός προϊόντος με ατομική ακρίβεια, ανοίγοντας τεράστιους νέους τομείς του σχεδιαστικού χώρου. Πολλά από τα τρέχοντα προϊόντα μας υποφέρουν από αδυναμίες ή ατέλειες επειδή κατασκευάζονται μέσω «χημείας χύμα». συγκεντρώνοντας δισεκατομμύρια ή τρισεκατομμύρια άτομα με τυχαίο τρόπο αντί να δημιουργεί προϊόντα μέσω ακριβούς ατομικής τοποθέτησης. Εάν ένα νανοεργοστάσιο είχε δημιουργηθεί με επιτυχία, θα μπορούσε επίσης να προγραμματιστεί να παράγει πρόσθετα νανοεργοστάσια με κόστος τίποτα άλλο εκτός από τις πρώτες ύλες και τον απαραίτητο προγραμματισμό. Όταν τα νανοεργοστάσια γίνουν πραγματικότητα (ίσως μέχρι το 2015), είναι πιθανό να φέρουν επανάσταση σε κάθε τομέα της μεταποίησης.