Nanotecnologia, ou, como às vezes é chamada, fabricação molecular, é um ramo da engenharia que lida com o projeto e fabricação de circuitos eletrônicos e dispositivos mecânicos extremamente pequenos construídos no nível molecular da matéria. O Instituto de Nanotecnologia no Reino Unido expressa-o como "ciência e tecnologia onde as dimensões e tolerâncias na faixa de 0,1 nanômetro (nm) a 100 nm desempenham um papel crítico". A nanotecnologia é frequentemente discutida em conjunto com sistemas micro-electromecânicos (MEMS), um assunto que normalmente inclui a nanotecnologia mas que também pode incluir tecnologias superiores ao nível molecular.
Há um limite para o número de componentes que podem ser fabricados numa bolacha ou chip semicondutor. Tradicionalmente, os circuitos têm sido gravados em chips através da remoção de material em pequenas regiões. No entanto, também é possível, em teoria, construir chips, um átomo de cada vez, para obter dispositivos muito menores do que aqueles que podem ser fabricados por gravura. Com esta abordagem, não haveria átomos supérfluos; cada partícula teria um propósito. Condutores elétricos, chamados nanofios, seriam apenas um átomo de espessura. Uma porta lógica exigiria apenas alguns átomos. Um bit de dados poderia ser representado pela presença ou ausência de um único elétron.
Nanotecnologia é uma promessa na busca de computadores e dispositivos de comunicação cada vez mais potentes. Mas as aplicações mais fascinantes (e potencialmente perigosas) estão na ciência médica. Os chamados nanorobots podem servir como anticorpos programáveis. Como as bactérias e vírus causadores de doenças sofrem mutações em suas infinitas tentativas de contornar tratamentos médicos, os nanorrobôs poderiam ser reprogramados para procurá-los e destruí-los seletivamente. Outros nanorobots podem ser programados para destacar e matar células cancerígenas.
Dois conceitos associados à nanotecnologia são a montagem posicional e a auto-replicação. A montagem posicional trata da mecânica de mover as peças moleculares para os seus próprios lugares relacionais e mantê-las lá. Robôs moleculares são dispositivos que fazem a montagem posicional. A auto-replicação trata do problema de multiplicar os arranjos posicionais de alguma forma automática, tanto na construção do dispositivo de fabricação como na construção do produto fabricado.