Nanotecnologia, o, come talvolta viene chiamata, produzione molecolare, è una branca dell'ingegneria che si occupa della progettazione e produzione di circuiti elettronici estremamente piccoli e dispositivi meccanici costruiti a livello molecolare della materia. L'Institute of Nanotechnology nel Regno Unito lo esprime come "scienza e tecnologia in cui le dimensioni e le tolleranze nell'intervallo da 0.1 nanometri (nm) a 100 nm giocano un ruolo fondamentale". La nanotecnologia viene spesso discussa insieme ai sistemi microelettromeccanici (MEMS), un argomento che di solito include la nanotecnologia ma può includere anche tecnologie superiori al livello molecolare.
Esiste un limite al numero di componenti che possono essere fabbricati su un wafer o chip semiconduttore. Tradizionalmente, i circuiti sono stati incisi sui chip rimuovendo il materiale in piccole regioni. Tuttavia, è anche possibile in teoria costruire chip, un atomo alla volta, per ottenere dispositivi molto più piccoli di quelli che possono essere prodotti mediante incisione. Con questo approccio, non ci sarebbero atomi superflui; ogni particella avrebbe uno scopo. I conduttori elettrici, chiamati nanofili, avrebbero uno spessore di un solo atomo. Una porta logica richiederebbe solo pochi atomi. Un bit di dati potrebbe essere rappresentato dalla presenza o dall'assenza di un singolo elettrone.
La nanotecnologia è promettente nella ricerca di computer e dispositivi di comunicazione sempre più potenti. Ma le applicazioni più affascinanti (e potenzialmente pericolose) sono nella scienza medica. I cosiddetti nanorobot potrebbero servire come anticorpi programmabili. Mentre i batteri e i virus che causano malattie mutano nei loro infiniti tentativi di aggirare i trattamenti medici, i nanorobot potrebbero essere riprogrammati per individuarli e distruggerli in modo selettivo. Altri nanorobot potrebbero essere programmati per individuare e uccidere le cellule tumorali.
Due concetti associati alla nanotecnologia sono l'assemblaggio posizionale e l'auto-replicazione. L'assemblaggio posizionale si occupa della meccanica di spostare i pezzi molecolari nei loro luoghi relazionali appropriati e di mantenerli lì. Robot molecolari sono dispositivi che eseguono l'assemblaggio posizionale. L'auto-replicazione affronta il problema di moltiplicare le disposizioni posizionali in qualche modo automatico, sia nella costruzione del dispositivo di fabbricazione che nella costruzione del prodotto fabbricato.