Στη χημειοσύνθεση, την παραδοσιακή (και πανταχού παρούσα στη φύση) μέθοδο έναρξης χημικών αντιδράσεων, πολλά εκατομμύρια ή περισσότερα από τα αντιδρώντα μόρια συνδυάζονται σε υγρό ή ατμό, αφήνοντάς τα να συγκρούονται τυχαία μέσω θερμικής κίνησης έως ότου επιτευχθεί επαρκής ποσότητα των επιθυμητών προϊόντων αντίδρασης. που παράγονται. Αντίθετα, στη μηχανοσύνθεση, μια προηγμένη τεχνική χημικής σύνθεσης που βρίσκεται ακόμη στη διαδικασία ανάπτυξης, τα μοριακά μηχανικά συστήματα που λειτουργούν κάτω από προγραμματισμένες οδηγίες θα φέρνουν κοντά ένα μόνο μόριο ή άτομο με ένα άλλο, συνδέοντάς τα μεταξύ τους με κατευθυνόμενο και τακτοποιημένο τρόπο. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι ανεπιθύμητες αντιδράσεις θα μπορούσαν να αποφευχθούν και η απόδοση της αντίδρασης θα μπορούσε να αυξηθεί σημαντικά.
Η υποτυπώδης μηχανοσύνθεση είχε ήδη αποδειχθεί με το πυρίτιο το 2003, από τους Oyabu et al. Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας (STM), ο Oyabu και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν μόνο μηχανική δύναμη για να δημιουργήσουν και να σπάσουν ομοιοπολικούς ατομικούς δεσμούς. Αυτό το κατόρθωμα πραγματοποιήθηκε σε κρυογονικές θερμοκρασίες σε περιβάλλον κενού. Νωρίτερα, το 1988, οι ερευνητές της IBM έγραψαν τα γράμματα “IBM” με άτομα ξένου σε μια επιφάνεια χαλκού. Αυτή δεν ήταν αληθινή μηχανοσύνθεση, αλλά απέδειξε τη σκοπιμότητα του χειρισμού μεμονωμένων ατόμων με ένα STM, ένα εργαλείο μικροσκοπίου με μονοατομική άκρη. Κατ ‘αρχήν, ο χειρισμός μεμονωμένων μορίων με ένα άκρο STM μπορεί να γίνει, αν και η αυτοματοποίηση της διαδικασίας ήταν δύσκολη.
Για να είναι η μηχανοσύνθεση κάτι άλλο από μια επιστημονική περιέργεια και να είναι χρήσιμη για την κατασκευή πρακτικών προϊόντων, θα πρέπει να πραγματοποιηθεί με έναν μαζικά παράλληλο τρόπο, χρησιμοποιώντας πιο ευέλικτα ατομικά δομικά στοιχεία όπως ο άνθρακας. Για να κατασκευαστεί ο απαιτούμενος αριθμός χειριστών ατομικής κλίμακας για συστήματα επεξεργασίας μηχανοσύνθεσης, θα ήταν πολύ επιθυμητοί αυτοαναπαραγόμενοι χειριστές και χειριστές γενικής χρήσης. Μια τέτοια συσκευή ονομάστηκε μοριακός συναρμολογητής από τον επιστήμονα που την οραματίστηκε αρχικά, τον Δρ Eric Drexler. Ο Drexler δημοσίευσε μια δημοφιλή έκθεση για το θέμα το 1986, Engines of Creation, ακολουθούμενη από τα πιο τεχνικά Nanosystems το 1992, η οποία περιέγραψε μια σειρά από μοριακές μηχανές που εκμεταλλεύονται μηχανοσυνθετικές διαδικασίες.
Εάν μπορούσε να αναπτυχθεί ένας αυτοαναπαραγόμενος συναρμολογητής βασισμένος στη μηχανοσύνθεση άνθρακα, η εκθετική ανάπτυξη από την αυτο-αντιγραφή θα μπορούσε να επιτρέψει τη δημιουργία ποσοτήτων χιλιογράμμων σε μερικές μόνο δεκάδες κύκλους αντιγραφής, ακόμα κι αν οι ίδιοι οι μοριακόι συναρμολογητές ζυγίζουν μόνο μερικά πικογραμμάρια. Στη συνέχεια, οι συναρμολογητές θα μπορούσαν να κατευθυνθούν να συνεργαστούν για την κατασκευή προϊόντων μακρο-κλίμακας όπως υπολογιστές, ηλεκτρικά εργαλεία και αυτοκίνητα.
Αξιοποιώντας την κατασκευή με ακρίβεια κατευθυνόμενης ατομικής στάθμης, αυτά τα προϊόντα θα μπορούσαν να κατασκευαστούν με κάθε άτομο σε μια προκαθορισμένη θέση. Αυτό θα επέτρεπε αυξήσεις απόδοσης πολλών τάξεων μεγέθους σε διάφορους τομείς, όπως η πυκνότητα ισχύος των κινητήρων και η σμίκρυνση των στοιχείων επεξεργασίας. Τα σημερινά μας μηχανήματα κατασκευάζονται από σχετικά ακατέργαστες διαδικασίες σε σύγκριση και τείνουν να είναι σχετικά αποδιοργανωμένα σε ατομικό επίπεδο. Αυτή η φουτουριστική μεθοδολογία κατασκευής έχει αναφερθεί ως μοριακή νανοτεχνολογία ή μοριακή κατασκευή.