Τα υλικά νανοτεχνολογίας είναι δομικά αντικείμενα μεγέθους μεταξύ 1 και 100 νανόμετρων, με ένα μόνο νανόμετρο να ισούται με το ένα δισεκατομμυριοστό του μέτρου. Στην ουσία, όλα τα υλικά που βρίσκονται στη φύση κατασκευάζονται σε νανοκλίμακα, αλλά τα αντικείμενα που χειρίζονται οι άνθρωποι σε μοριακό επίπεδο για να χτίσουν κάτι νέο αποτελούν υλικά νανοτεχνολογίας. Το καλύτερο πρώιμο παράδειγμα αυτής της τεχνολογίας είναι ένας νανοσωλήνας άνθρακα, που κατασκευάστηκε αλλάζοντας τις διαστάσεις των μορίων άνθρακα σε ένα πλέγμα κηρήθρας. Οι νανοσωλήνες άνθρακα δημιουργούν ένα φύλλο γραφίτη που είναι σημαντικά ελαφρύτερο και ισχυρότερο από τον χάλυβα. Προϊόντα όπως σκελετοί ποδηλάτων, μπαταρίες και ρακέτες τένις είναι παραδείγματα του τι μπορούν να κατασκευαστούν από νανοσωλήνες άνθρακα.
Ένα συνηθισμένο παράδειγμα υλικών νανοτεχνολογίας είναι το διοξείδιο του τιτανίου, το οποίο χειραγωγείται για τη δημιουργία προϊόντων όπως το αντηλιακό που εμποδίζει τις υπεριώδεις ακτίνες (UV) ενώ εξακολουθεί να επιτρέπει το μαύρισμα. Ένα άλλο σημαντικό προϊόν από το διοξείδιο του τιτανίου είναι ένα ηλιακό πάνελ που εντείνει την ενέργεια που λαμβάνεται από το ηλιακό φως, καθιστώντας μια πιο αποτελεσματική και ισχυρή πηγή ενέργειας. Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι ένα άλλο παράδειγμα υλικών νανοτεχνολογίας με παρόμοια πλεονεκτήματα με το οξείδιο του τιτανίου, συμπεριλαμβανομένης της ικανότητας να μπλοκάρει τις ακτίνες UV και να εντείνει τις επιπτώσεις της δέσμευσης φωτός στα ηλιακά πάνελ.
Τόσο τα σωματίδια αργύρου όσο και χρυσού είναι ισχυρά υλικά νανοτεχνολογίας, προσφέροντας νέες λύσεις σε μια μεγάλη ποικιλία βιομηχανιών. Τα νανοσωματίδια αργύρου, για παράδειγμα, έχουν θεωρηθεί ως η λύση για τα πάντα, από καλύτερη οδοντόκρεμα μέχρι πιθανή θεραπεία για μολυσματικές ασθένειες. Τα νανοσωματίδια χρυσού έχουν επίσης δυνητικά σημαντικές ιατρικές εφαρμογές, από την ανίχνευση του καρκίνου σε πρώιμα στάδια μέχρι τη θεραπεία της αρθρίτιδας. Τόσο τα νανοσωματίδια αργύρου όσο και χρυσού μπορούν να χρησιμοποιηθούν για ηλεκτρονικές καλωδιώσεις, γεγονός που παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία και ισχύ από τις παραδοσιακές μεθόδους.
Πολλά υλικά νανοτεχνολογίας προέρχονται επίσης από πιο κοινές πηγές. Τα σωματίδια αργίλου που χειρίζονται σε νανο επίπεδο δημιουργούν ένα ισχυρότερο πολυμερές που είναι επίσης ελαφρύτερο και πιο ανθεκτικό στις θερμοκρασίες. Γενικά, τα πολυμερή με βάση τον πηλό μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε ρούχα, είδη οικιακής χρήσης και ανταλλακτικά αυτοκινήτων. Η οικοδομική βιομηχανία ερευνά τρόπους για να βελτιώσει κοινά αντικείμενα όπως το τσιμέντο και το γυαλί για να δημιουργήσει νέα υλικά που είναι πιο ενεργειακά αποδοτικά, πιο εύκολα στην παραγωγή και πιο περιβαλλοντικά βιώσιμα.
Πολλά υλικά νανοτεχνολογίας ήταν αμφιλεγόμενα. Ο χειρισμός υλικών σε μοριακό επίπεδο οδηγεί στην πιθανότητα τοξικότητας τόσο των ίδιων των υλικών όσο και του υποπροϊόντος. Άλλες ανησυχίες είναι η κατανάλωση ενέργειας κατά τη δημιουργία των υλικών και το γεγονός ότι δεν έχουν ακόμη αποδείξει ότι αντέχουν στο χρόνο. Παρόλα αυτά, τα υλικά νανοτεχνολογίας αναπτύσσονται λόγω της υπόσχεσης για μεγαλύτερη καινοτομία για τα ηλεκτρονικά είδη, τα κλωστοϋφαντουργικά προϊόντα, την κατασκευή και την δυνητικά επαναστατική τους επίδραση στην ιατρική.