קטנת אחד המימדים לפחות מתחת לערך זה גורמת לשינוי התכונות הפיסיקליות, הכימיות והביולוגיות בדרכים בלתי צפויות.
התכונות המרתקות המתגלות הן הלב של השטח הצומח במהירות של ננו-מדע. נושא זה מאפשר יישומים מלהיבים (שחלקם נחשבו בלתי אפשריים בעבר) המכונים ננו-טכנולוגיה.
נקודה מרכזית עליה מושתתים ננו-מדע וננו-טכנולוגיה היא היכולת לעצב ננו-חומרים בצורה מבוקרת. תעשיית המיקרואלקטרוניקה משתמשת בטכנולוגיית מזעור “מלמעלה למטה” (top down), כגון ליתוגרפיה שבהן הננו-מבנים נחרצים בחומר ההתחלתי. לעומת זאת, במחקר המדעי בהנדסת חומרים נעשה שימוש בשיטות “מלמטה למעלה” (bottom up) שבהן החומר נבנה מהרמה האטומית והמולקולרית למבנים מורכבים יותר. עיצוב ננו-מטרי מבוקר של חומרים הוא נושא מחקר עיקרי של מספר קבוצות בפקולטה להנדסת חומרים. נחקרים מבנה הננו-חומרים והתכונות הנגזרות ממבנה זה כאשר קבוצות אחדות בונות התקנים המבוססים על ננו-חומרים עבור מגוון שלם של יישומים.