Nanotehnoloģijas ietver tehnoloģisku procesu kopumu, kas izmanto nanozinātņu pētījumus, lai radītu un manipulētu ar nanoizmēru objektiem. Nanoizmēru objekti sastāv no neliela skaita atomu (atoma izmērs ir ~0,1 nm). Spēja veidot un kontrolēt šādas specifiskas struktūras ļauj miniaturizēt ierīces, piemēram, elektronikas komponentes, kā arī veidot inovatīvus materiālus un ierīces. Nanotehnoloģiju uzdevums ir veikt zināšanu pārnesi no pētījuma līdz tirgum, radot jaunus kvalitatīvākus produktus.

Nanotehnoloģijas cieši saistītas ar nanofiziku un pārējām nanozinātnēm: nanoķīmiju, nanobioloģiju, nanoelektroniku. Sākotnēji nanotehnoloģijas bija koncentrētas uz elektroniku, optiku un materiālzinātnēm. 21. gs. sākumā nozīmīgāki kļūst nanotehnoloģiju pielietojumi biomedicīnā.

Mūsdienu sabiedrība nav iedomājama bez nanotehnoloģijām. Tranzistors – elektronikas pamatuzbūves elements – atrodams katrā mūsdienu elektronikas ierīcē. Nanotehnoloģijām ir praktiska nozīme jaunu inovatīvu materiālu un produktu izveidē. Nanotehnoloģijas nodrošina arī fundamentālo pētniecību ar nepieciešamiem objektiem un formulē nanozinātnēm pētāmos jautājumus.

Nanotehnoloģiju teorētiskais apraksts tiek veikts, izmantojot nanofizikas, nanoķīmijas, nanobioloģijas un nanoelektronikas teorijas. Vienlaikus nanotehnoloģijās izmanto arī empīriskos novērojumus. No tiem pazīstamākais ir nanotehnoloģiju attīstību prognozējošais Mūra likums (Moore’s law), kas nosaukts tā atklājēja amerikāņu uzņēmēja Gordona Mūra (Gordon Moore) vārdā. G. Mūrs ir viens no pasaulē lielākās pusvadītāju kompānijas Intel (Intel Corporation) dibinātājiem. G. Mūra novērojums (izteikts 1965. gadā) raksturo tehnoloģiju attīstības tempu vismaz līdz 2021. gadam. Tas prognozē, ka tranzistoru skaits integrālajā shēmā dubultojas katrus divus gadus.

Nanotehnoloģiju metodes iedala divās grupās. Lejupējās metodēs (top-down) objektus iegūst no lielāka materiāla, kuru, izmantojot instrumentus, samazina līdz vēlamajam rezultātam. Lejupējās metodes ir malšana (milling), apstarošana ar augstas intensitātes lāzera starojumu jeb lāzera ablācija (laser ablation), kodināšana ar jonu plūsmu (ion beam etching), kodināšana ar plazmu (plasma etching), lokizlāde (arc discharge), kā arī elektronikas industrijā plaši pielietotā optiskā litogrāfija. Lejupējās metodes ir tehnoloģiski vieglāk īstenojamas liela skaita objektu iegūšanai. Pretējs princips ir augšupējās metodēs (bottom-up), kurās objekti tiek radīti, kombinējot atsevišķus atomus, molekulas un citus elementus. Zināmākās no šīm metodēm ir ķīmiskās sintēzes reakcijas, manipulatoru (piemēram, atomspēku mikroskopa) izmantošana, putināšana (sputtering), ķīmisko tvaiku nogulsnēšana (chemical vapor deposition), plāno kārtiņu uzklāšana ar rotējoša diska metodi (spin coating), pašorganizācijas procesi (self-assembly). Augšupējās metodes cenšas atdarināt dzīvo dabu, kurā var sastapt daudzus pašorganizācijas procesus, piemēram, šūnu veidošanos.

Nanotehnoloģijās objektu izveidei bieži kombinē vairākas metodes. Procesa novērošanai un kontrolei izmanto mikroskopijas un analīzes metodes, kas tiek lietotas nanofizikas pētījumos.

Nanotehnoloģiju pirmsākumi saistās ar 29.12.1959., kad amerikāņu fiziķis Ričards Feinmens (Richard Phillips Feynman) Amerikas Fizikas biedrības (American Physical Society) sanāksmē uzstājās ar lekciju “Tur apakšā ir pietiekami daudz vietas” (There’s Plenty of Room at the Bottom), kurā fantazēja par iespējām izveidot ierīces, manipulējot ar atsevišķiem atomiem. Pirmo reizi terminu “nanotehnoloģijas” lietoja Tokijas Zinātņu universitātes (東京理科大学) profesors Norio Taniguči (谷口 紀男) 1974. gadā, aprakstot pusvadītāju apstrādes procesa soļus, kas saistīti ar plāno kārtiņu uzklāšanu un malšanu ar jonu kūli. R. Feinmena ideju iedvesmots, pēc 1980. gada amerikāņu inženieris Ēriks Drekslers (Kim Eric Drexler) sāka popularizēt nanotehnoloģiju potenciālu, sarakstot vairākas grāmatas. Viņš fantazēja, ka nākotnē lielu darba daļu veiks molekulārās mašīnas, piemēram, “montētāji” (assemblers), kas no individuāliem atomiem veidos struktūras, un “atkārtotāji” (replicators), kas veidos daudzkāršas sevis kopijas, īsā laikā izveidojot makroskopiskus objektus. Nanotehnoloģiju attīstību 20. gs. 80. gados veicināja arī vairāki zinātniski atklājumi: skenējošā tuneļmikroskopa izgudrošana (1981), fullerēnu (1985) un oglekļa nanocaurulīšu (1991) atklāšana. Būtisku artavu nanotehnoloģiju izveidē deva straujā elektronikas industrijas attīstība. Jau 1985. gadā tehnoloģiju attīstība ļāva rūpnieciski izgatavot tranzistorus, kuru mazākā elementa izmēri nepārsniedza 1000 nm. Turpmākā tehnoloģiju un zinātnes attīstība pavēra plašas iespējas nanoizmēru objektiem daudzās nozarēs, un šo multidisciplināro virzienu sāka apzīmēt kā nanozinātnes, bet tās pielietojumus – kā nanotehnoloģijas. 2000. gadā sāka ražot pirmos jaunradītos komerciālos produktus: sauļošanās krēmus, pašattīrošās krāsas, pretskrāpējumu pārklājumus un citus.

2020. gadā tirgū pieejami 5 nm izmēru tranzistori, bet 2022. gadā šo izmēru plānots samazināt līdz 3 nm. 2008. gadā nanozinātņu un nanotehnoloģiju nozarēs nodarbināti ap 400 000 cilvēku, bet līdz 2020. gadam bija sagaidāms pieaugums līdz 6 miljoniem cilvēku. 2013. gadā kopējie ienākumi pasaulē no produktiem, ko pilnveidojušas nanotehnoloģijas, bija viens triljons ASV dolāru. Nākotnes iespējas raksturo vairāki nanozinātņu atklājumi, kurus nepieciešams attīstīt nanotehnoloģijās, īpaši nanomateriālu, biomedicīnas, informācijas un komunikācijas tehnoloģiju nozarēs. Piemēram, ir aprēķināts un izmērīts, ka oglekļa nanocaurulītes ir izturīgākais zināmais materiāls. Ir demonstrēts, ka magnētiskās nanodaļiņas, kas ievietotas mainīgā magnētiskajā laukā, iznīcina lokālus ļaundabīgus audzējus. Ir izveidoti viena elektrona tranzistori. Tomēr šo piemēru tehnoloģiska izveide ar labu atkārtojamību, mazām izmaksām un plašu pielietojumu vēl ir sarežģīta. Vissarežģītākais solis ir tehnoloģiju pielāgošana lielapjoma ražošanai (upscaling), ko ierobežo sākotnējā izstrādē lietotās metodes. Nanotehnoloģiju attīstībai ir arī pretinieki, kurus satrauc nanoizmēru objektu potenciālais kaitīgums un piesārņojums vidē.

Ar nanotehnoloģiju pētniecību, izstrādi un produktu izveidi nodarbojas liels skaits zinātnisku institūciju un uzņēmumu. 2014. gadā visvairāk zinātniskos rakstus par nanotehnoloģijām publicējuši pētnieki no Ķīnas Zinātņu akadēmijas (中国科学院) un Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (Massachusetts Institute of Technology). 2014. gadā ar nanotehnoloģijām saistītus Eiropas patentus visvairāk ieguva ķīmijas kompānija BASF (Badische Anilin- & Soda-Fabrik), bet visvairāk ASV patentu ieguva IBM korporācija (International Business Machines Corporation).

Ievērojamākie mūsdienu pētnieki ir franču ķīmiķis Žans Pjērs Sovāžs (Jean-Pierre Sauvage) no Strasbūras Universitātes (Université de Strasbourg), skotu un amerikāņu ķīmiķis Freizers Stodarts (James Fraser Stoddart) no Ziemeļrietumu Universitātes (Northwestern University) un nīderlandiešu ķīmiķis Bernards Feringa (Bernard Lucas Feringa) no Groningenas Universitātes (Rijksuniversiteit Groningen). Viņi 2016. gadā ieguva Nobela prēmiju ķīmijā par molekulāro mašīnu projektēšanu un sintēzi. Molekulārās mašīnas sastāv no noteikta skaita molekulām un spēj veikt mehāniskas kustības nanoizmēros, parādot nanotehnoloģiju potenciālu.

Kopumā nanotehnoloģijām ik gadu tiek veltītas vairāk nekā 10 000 zinātnisku publikāciju, to kopskaitam pārsniedzot 170 000 (Scopus datubāze, 2021), un vairāk nekā 100 universitātes piedāvā iegūt specializētu izglītību. Nanotehnoloģijām veltīto periodisko zinātnisko izdevumu skaits 21. gs. sākumā strauji auga. Zinātnisko žurnālu reitingā (Scientific Journal Rankings, SJR) nanozinātņu un nanotehnoloģiju kategorijā 1999. gadā bija iekļauts 21 žurnāls, 2007. gadā – 50, bet 2014. gadā – 94 žurnāli. 2021. gadā šajā kategorijā atrodami apmēram 85 žurnāli, no kuriem svarīgākie: Nature Nanotechnology (kopš 2006. gada, Nature Publishing Group), Advanced Materials (kopš 1988. gada, Wiley-VCH), Nano Today (kopš 2006. gada, Elsevier), Nano Letters (kopš 2001. gada, American Chemical Society), ACS Nano (kopš 2007. gada, American Chemical Society).