在奈米材料中，介面原子佔極大比例，而且原子排列互不相同，介面周圍的晶格結構互不相關，從而構成與晶態、非晶態均不同的一種新的結構狀態。從材料的結構單元層次來說，它介於巨集觀物質和微觀原子、分子的中間領域。
由於奈米粒子細化，晶界數量大幅度的增加，可使材料的強度、韌性和超塑性大為提高。其結構顆粒對光，機械應力和電的反應完全不同於微公尺或公釐級的結構顆粒，使得奈米材料在巨集觀上顯示出許多奇妙的特性，例如：奈米相銅強度比普通銅高5倍；奈米相陶瓷是摔不碎的，這與大顆粒組成的普通陶瓷完全不一樣。
奈米材料從根本上改變了材料的結構，可望得到諸如高強度金屬和合金、塑性陶瓷、金屬間化合物以及效能特異的原子規模複合材料等新一代材料，為克服材料科學研究領域中長期未能解決的問題開拓了新的途徑。
2 發展
2023年德國薩爾蘭大學的著名學者格萊特把在高真空的條件下將粒徑為6nm的fe粒子原位加壓成形，製出了世界上第一塊奈米材料，開奈米材料學之先河, 從而使奈米材料進入了乙個新的階段。
2023年7月在美國召開的第一屆國際奈米科學技術會議，正式宣布奈米材料科學為材料科學的乙個新分支。
3 奈米尺寸效應
3. 1 表面效應
。如下圖所示：
表面原子數與粒徑的關係
從圖中可以看出，粒徑在10nm以下，將迅速增加表面原子的比例。當粒徑降到1nm時，表面原子數比例達到約90%以上，原子幾乎全部集中到奈米粒子的表面。由於奈米粒子表面原子數增多，表面原子配位數不足和高的表面能，使這些原子易與其它原子相結合而穩定下來，故具有很高的化學活性。
3. 2體積效應
由於奈米粒子體積極小，所包含的原子數很少，相應的質量極小。因此，許多現象就不能用通常有無限個原子的塊狀物質的性質加以說明，這種特殊的現象通常稱之為體積效應。其中有名的久保理論就是體積效應的典型例子。
久保理論是針對金屬奈米粒子費公尺面附近電子能級狀態分布而提出的。久保把金屬奈米粒子靠近費公尺面附近的電子狀態看作是受尺寸限制的簡併電子態，並進一步假設它們的能級為準粒子態的不連續能級，並認為相鄰電子能級間距δ和金屬奈米粒子的直徑d的關係為：
δ=4ef/3n ∞ v-1 ∞ 1/d3
其中 n為乙個金屬奈米粒子的總導電電子數，v為奈米粒子的體積；ef為費公尺能級
隨著奈米粒子的直徑減小，能級間隔增大，電子移動困難，電阻率增大，從而使能隙變寬，金屬導體將變為絕緣體。
3. 3量子尺寸效應
當奈米粒子的尺寸下降到某一值時，金屬粒子費公尺面附近電子能級由準連續變為離散能級；並且奈米半導體微粒存在不連續的最高被佔據的分子軌道能級和最低未被佔據的分子軌道能級，使得能隙變寬的現象，被稱為奈米材料的量子尺寸效應。在奈米粒子中處於分立的量子化能級中的電子的波動性帶來了奈米粒子的一系列特殊性質，如高的光學非線性，特異的催化和光催化性質等。當奈米粒子的尺寸與光波波長，德布羅意波長，超導態的相干長度或與磁場穿透深度相當或更小時，晶體週期性邊界條件將被破壞，非晶態奈米微粒的顆粒表面層附近的原子密度減小，導致聲、光、電、磁、熱力學等特性出現異常。
如光吸收顯著增加，超導相向正常相轉變，金屬熔點降低，增強微波吸收等。利用等離子共振頻移隨顆粒尺寸變化的性質，可以改變顆粒尺寸，控制吸收邊的位移，製造具有一定頻寬的微波吸收奈米材料，用於電磁波遮蔽、隱型飛機等。
4 奈米材料的特點
當粒子的尺寸減小到奈米量級，將導致聲、光、電、磁、熱效能呈現新的特性。比方說：被廣泛研究的ii－vi族半導體硫化鎘，其吸收帶邊界和發光光譜的峰的位置會隨著晶粒尺寸減小而顯著藍移。
按照這一原理，可以通過控制晶粒尺寸來得到不同能隙的硫化鎘，這將大大豐富材料的研究內容和可望得到新的用途。我們知道物質的種類是有限的，微公尺和奈米的硫化鎘都是由硫和鎘元素組成的，但通過控制製備條件，可以得到帶隙和發光性質不同的材料。也就是說，通過奈米技術得到了全新的材料。
奈米顆粒往往具有很大的比表面積，每克這種固體的比表面積能達到幾百甚至上千平方公尺，這使得它們可作為高活性的吸附劑和催化劑，在氫氣貯存、有機合成和環境保護等領域有著重要的應用前景。
對奈米體材料，我們可以用「更輕、更高、更強」這六個字來概括。
「更輕」是指，借助於奈米材料和技術，我們可以製備體積更小效能不變甚至更好的器件，減小器件的體積，使其更輕盈。第一台計算機需要三間房子來存放，正是借助與微公尺級的半導體製造技術，才實現了其小型化，並普及了計算機。無論從能量和資源利用來看，這種「小型化」的效益都是十分驚人的。
「更高」是指奈米材料可望有著更高的光、電、磁、熱效能。
「更強」是指奈米材料有著更強的力學效能（如強度和韌性等），對奈米陶瓷來說，奈米化可望解決陶瓷的脆性問題，並可能表現出與金屬等材料類似的塑性。
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