Ένα νανοσύνθετο είναι ένα τεχνητό υλικό σχεδιασμένο για βελτιωμένη απόδοση σε οποιονδήποτε αριθμό μοναδικών εφαρμογών: δομικές, λειτουργικές ή καλλυντικές. Όπως και με άλλα σύνθετα υλικά, το νανοσύνθετο περιλαμβάνει ένα βασικό μέσο ή μήτρα, που αποτελείται από πλαστικό, μέταλλο ή κεραμικό σε συνδυασμό με νανοσωματίδια σε εναιώρηση. Τα σωματίδια πλήρωσης είναι πολύ μικρότερα από αυτά των κανονικών σύνθετων και έχουν το μέγεθος μεγάλων μορίων, τουλάχιστον εκατό φορές μικρότερα από τον πυρήνα ενός ανθρώπινου ωαρίου.
Το μέσο στερεής βάσης ενός νανοσύνθετου υλικού ξεκινά ως υγρό που μπορεί να ψεκαστεί σε μια επιφάνεια, να εξωθηθεί ή να εγχυθεί σε ένα καλούπι. Τα σωματίδια πλήρωσης λειτουργούν ανάλογα με το σχήμα τους: στρογγυλά, σαν μπάλα ή μακριά και λεπτά, σαν σωλήνας. Τα φουλερένια, νανοσωματίδια που αποτελούνται εξ ολοκλήρου από άτομα άνθρακα, όπως buckyballs ή νανοσωλήνες, είναι τάξεις μεγέθους μικρότερα από τις ίνες άνθρακα ή τα πληρωτικά σφαιριδίων που βρίσκονται στα κανονικά σύνθετα υλικά. Αυτά τα φουλερένια μπορούν να φέρουν οποιοδήποτε αριθμό αντιδρώντων μορίων που χρησιμοποιούνται σε ιατρικές εφαρμογές.
Όσο μικρότερο είναι το μέγεθος των σωματιδίων πλήρωσης σε εναιώρηση εντός του μέσου βάσης, τόσο μεγαλύτερη είναι η διαθέσιμη επιφάνεια για αλληλεπίδραση και τόσο μεγαλύτερη είναι η πιθανότητα να επηρεαστούν οι ιδιότητες του υλικού. Στα στάδια σχηματισμού των νανοσύνθετων, το βασικό μέσο πρέπει να ρέει εύκολα σε καλούπια. Σε ορισμένες εφαρμογές, το πληρωτικό πρέπει να ευθυγραμμίζεται και να μην διαταράσσει τη ροή σε συγκεκριμένες κατευθύνσεις όπου απαιτείται αντοχή ή αγωγιμότητα. Τα πληρωτικά με υψηλές αναλογίες μήκους προς πλάτος ευθυγραμμίζονται καλά στη ροή μιας υγρής βάσης που δεν έχει γίνει ακόμη στερεή.
Η αυξημένη επιφάνεια των μικρότερων σωματιδίων στα νανοσύνθετα αναγκάζει τη διάχυσή τους και τα αναγκάζει να είναι πιο ομοιόμορφα κατανεμημένα, με αποτέλεσμα πιο σταθερές ιδιότητες υλικού. Η συσσώρευση νανοσωματιδίων κατά τη διάρκεια της ροής και της πήξης του βασικού μέσου προκαλείται από υπολειμματικά ατομικά φορτία ή όταν τα διακλαδισμένα σωματίδια μπερδεύονται καθώς ρέουν το ένα μέσα στο άλλο. Η ανεπιθύμητη και ανομοιόμορφη συσσώρευση συμβάλλει σε υπολειπόμενες τάσεις στο υλικό όταν το βασικό μέσο γίνεται στερεό. Η άνιση κατανομή των νανοσωματιδίων σε κρίσιμες τοποθεσίες θα μπορούσε να προκαλέσει αποτυχία, διακοπή λειτουργίας ή θραύση ενός σχεδίου. Μια μέθοδος που εγγυάται την ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων είναι η ηχοχημεία, στην οποία — παρουσία κυμάτων υπερήχων — σχηματίζονται φυσαλίδες και καταρρέουν, διασκορπίζοντας τα νανοσωματίδια πιο ομοιόμορφα.
Από τις πολλές εφαρμογές για νανοσύνθετα υλικά, μερικές ενδιαφέρουσες είναι οι ηλεκτρονικές, οπτικές και βιοϊατρικές. Νανοσύνθετα υλικά που συνδυάζουν ένα πολυμερές βασικό μέσο με νανοσωλήνες άνθρακα χρησιμοποιούνται στη συσκευασία ηλεκτρονικών ειδών που απαιτούν περιβλήματα για να διαχέουν στατικά ηλεκτρικά φορτία και θερμικές συσσωρεύσεις. Για οπτική διαφάνεια, τα νανοσωματίδια βέλτιστου μεγέθους δεν θα διασκορπίσουν το φως, αλλά θα του επιτρέψουν να περάσει, ενώ παράλληλα προσθέτουν αντοχή στο υλικό. Στα φωτοβολταϊκά, όσο μικρότερα είναι τα σωματίδια, τόσο μεγαλύτερη είναι η ηλιακή απορρόφηση, με αποτέλεσμα τη μεγαλύτερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Τα νανοσωματίδια σε φακούς επαφής, που σχηματίζονται από βάση πολυμερούς, αλλάζουν χρώμα ανάλογα με την ποσότητα γλυκόζης στο δακρυϊκό υγρό του ασθενούς, υποδεικνύοντας την ανάγκη ενός διαβητικού για ινσουλίνη.