Τα νανοϋλικά αποτελούνται από πολλές διαφορετικές χημικές ουσίες και ενώσεις. Μόλις σχηματιστούν, αυτά τα υλικά είναι εξαιρετικά μικρά που δίνουν στο νανο προϊόν μοναδικές ιδιότητες. Υπάρχουν τέσσερις κύριες κατηγορίες υλικών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προϊόντων νανο-μεγέθους, όπως μέταλλο, άνθρακας, σύνθετα υλικά και δενδριμερή. Αυτά τα προϊόντα έχουν ποικίλες εφαρμογές και χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία, στη βιοϊατρική βιομηχανία, σε ταινίες και πολλά άλλα.
Το υλικό κλίμακας νανο είναι μοναδικό λόγω του μεγέθους του, που κυμαίνεται από ένα νανόμετρο έως αρκετές εκατοντάδες νανόμετρα. Οι ηλεκτρικές, οπτικές και χημικές ιδιότητες είναι πολύ διαφορετικές σε νανο κλίμακα από ότι σε μεγαλύτερη κλίμακα. Ένας λόγος που οι ιδιότητες είναι τόσο διαφορετικές είναι ότι περισσότερα από τα μισά άτομα των υλικών βρίσκονται στην επιφάνεια. Τα αντικείμενα μεγάλης κλίμακας έχουν πολύ μικρότερο ποσοστό ατόμων στην επιφάνεια.
Τα νανοϋλικά με βάση το μέταλλο είναι αυτά όπως ο νανοχρυσός, οι κβαντικές κουκκίδες και ο νανοάργυρος. Οι κβαντικές κουκκίδες έρχονται σε διάφορα μεγέθη με μέγιστο μέγεθος αρκετές εκατοντάδες νανόμετρα. Η κουκκίδα περιέχει κρυστάλλους ημιαγωγών που είναι συσκευασμένοι μαζί, έτσι χιλιάδες άτομα βρίσκονται όλα σε μια πολύ μικρή περιοχή. Άλλα χημικά με βάση το μέταλλο που χρησιμοποιούνται σε αυτή τη μικρή κλίμακα περιλαμβάνουν τύπους οξειδίων μετάλλων.
Τα νανοϋλικά με βάση τον άνθρακα είναι αυτά που αποτελούνται κυρίως από άνθρακα. Ο άνθρακας διαμορφώνεται σε κοίλους σωλήνες, ελλειψοειδή ή σφαίρες. Τα ελλειψοειδή και σφαιρικά νανοϋλικά άνθρακα ονομάζονται φουλερένια. Τα υλικά σε σχήμα κοίλου σωλήνα ονομάζονται νανοσωλήνες.
Μερικές από τις εφαρμογές των προϊόντων με βάση τον άνθρακα περιλαμβάνουν το να κάνουν το φιλμ πιο δυνατό και ελαφρύτερο. Θα βελτιώσουν επίσης την ποιότητα και τη διάρκεια ζωής των διαφορετικών επιστρώσεων που χρησιμοποιούνται σε μηχανικά μέρη. Αυτά τα υλικά χρησιμοποιούνται επίσης συνήθως για ηλεκτρονικές εφαρμογές.
Τα σύνθετα υλικά είναι μια τρίτη κατηγορία υλικών που κατασκευάζονται από άλλα νανοϋλικά που συνδυάζονται με μεγάλα ογκώδη υλικά ή άλλα νανοσωματίδια. Αυτά τα σύνθετα υλικά χρησιμοποιούνται για επιβραδυντικές φλόγες, ενισχύοντας τη μηχανική απόδοση και λειτουργούν ως φράγμα για τη συσκευασία. Μια μικρή ποσότητα σύνθετων υλικών, μόλις δύο τοις εκατό, μπορεί να αυξήσει την αντοχή των αντικειμένων έως και 100 τοις εκατό. Η δημιουργία σύνθετων υλικών μπορεί να είναι αρκετά απλή, χρησιμοποιώντας τεχνολογία ανταλλαγής ιόντων και θέρμανση. Οι αντιδράσεις που χρησιμοποιούν πολυμερισμό είναι ένας άλλος τρόπος για τη γρήγορη δημιουργία σύνθετων υλικών.
Ένα δενδριμερές είναι ένας άλλος τύπος νανοϋλικού. Πρόκειται για πολυμερή που περιέχουν πολλούς κλάδους. Συνήθως μοιάζουν με αλυσίδες και θα έχουν πολλά άκρα αλυσίδων που μπορούν να κατασκευαστούν για να έχουν συγκεκριμένες λειτουργίες που χρησιμοποιούνται συνήθως για χημικές αντιδράσεις. Ορισμένα δενδριμερή μπορεί να είναι τρισδιάστατα και να έχουν μια εσωτερική κοιλότητα στην οποία μπορούν να χωρέσουν άλλα μόρια. Η χορήγηση φαρμάκου είναι μία χρήση αυτής της εσωτερικής κοιλότητας που βρίσκεται στα δενδριμερή. Αυτά έχουν επίσης εφαρμογές στη γονιδιακή θεραπεία και την ιατρική διάγνωση.