Nanofabrica este aplicația standard propusă pentru fabricarea moleculară de prima generație, cunoscută și sub numele de nanotehnologie moleculară. Fabricarea moleculară este o tehnologie futuristă care ar folosi o gamă largă de sisteme de mașini la nano-nivel („nanoasamblatoare”) pentru a sintetiza produse la scară macro folosind un proces numit asamblare convergentă. În asamblarea convergentă, o linie de asamblare a brațelor manipulatoare progresiv mai mari asamblează subcomponentele produsului și le trece la următoarea etapă a brațelor manipulatoare mai mari, până când în cele din urmă este creat un produs utilizabil de către om.
Deoarece acești nanoasambleri ar fi staționari și ar lucra într-o linie de asamblare ca o fabrică convențională, pericolul ca aceste nanomașini să se desprindă și să funcționeze sălbatic este absent. Vizionarii nanotehnologiei s-au îngrijorat de mult de o reacție la tehnologia propusă, bazată pe povești științifico-fantastice fanteziste, cum ar fi „Prey” a lui Michael Crichton, care descriu „nanotehnologia” ca un roi de mașini autonome cu capacități de auto-evoluție. Noțiunea de nanofabrică oferă o respingere solidă la astfel de scenarii de dezastru.
Datorită legilor de scalare, nanofabricile pot fi extrem de productive. Sistemele de robotică la scară macro, cum ar fi robotica folosită pentru asamblarea automobilelor, folosesc brațe manipulatoare care se mișcă foarte lent conform standardelor nanotehnologice. Brațele manipulatoare care funcționează la nivel molecular ar putea efectua operațiuni de asamblare foarte rapid, de ordinul GHz (miliarde de ori pe secundă) mai degrabă decât doar Hz. Calculele preliminare sugerează că o nanofabrică și-ar putea procesa propria masă în doar câteva ore.
Prin programare avansată, o nanofabrică ar permite utilizatorului să specifice alcătuirea unui produs cu precizie atomică, deschizând noi sectoare vaste ale spațiului de proiectare. Multe dintre produsele noastre actuale suferă de slăbiciuni sau imperfecțiuni deoarece sunt fabricate prin „chimie în vrac”; aruncând împreună miliarde sau trilioane de atomi într-un mod întâmplător, mai degrabă decât crearea de produse prin poziționarea atomică precisă. Dacă o nanofabrică ar fi creată cu succes, ar putea fi, de asemenea, programată să producă nanofabrici suplimentare pentru nimic altceva decât materiile prime și programarea necesară. Când nanofabricile devin realitate (poate până în 2015), ele vor revoluționa probabil fiecare sector al producției.