Nanotehnoloģiju materiāli ir būves objekti no 1 līdz 100 nanometriem, un viens nanometrs ir vienāds ar vienu miljardo daļu no metra. Būtībā visi dabā sastopamie materiāli ir konstruēti nanomērogā, bet objekti, ar kuriem cilvēki molekulārā līmenī manipulē, lai izveidotu kaut ko jaunu, ir nanotehnoloģiju materiāli. Labākais agrīnais šīs tehnoloģijas piemērs ir oglekļa nanocaurule, kas izgatavota, mainot oglekļa molekulu izmērus šūnveida režģī. Oglekļa nanocaurules veido grafīta loksni, kas ir ievērojami vieglāka un stiprāka par tēraudu. Tādi izstrādājumi kā velosipēdu rāmji, akumulatori un tenisa raketes ir piemēri tam, ko var izgatavot no oglekļa nanocaurulēm.
Izplatīts nanotehnoloģiju materiālu piemērs ir titāna dioksods, ar kuru tiek manipulēts, lai radītu tādus produktus kā saules aizsargkrēms, kas bloķē ultravioletos (UV) starus, vienlaikus ļaujot iegūt iedegumu. Vēl viens svarīgs titāna dioksīda produkts ir saules panelis, kas pastiprina no saules gaismas saņemto enerģiju, padarot efektīvāku un jaudīgāku enerģijas avotu. Pētnieki ir atklājuši, ka cinka oksīds ir vēl viens nanotehnoloģiju materiālu piemērs ar titāna oksīdam līdzīgām priekšrocībām, tostarp spēju bloķēt UV starus un pastiprināt gaismas uztveršanas efektu saules paneļos.
Gan sudraba, gan zelta daļiņas ir spēcīgi nanotehnoloģiju materiāli, kas piedāvā jaunus risinājumus visdažādākajās nozarēs. Piemēram, sudraba nanodaļiņas tiek uzskatītas par risinājumu visam, sākot no labākas zobu pastas līdz iespējamai infekcijas slimību ārstēšanai. Zelta nanodaļiņām ir arī potenciāli svarīgs medicīnisks pielietojums, sākot no vēža noteikšanas agrīnā stadijā līdz artrīta ārstēšanai. Elektroniskajai elektroinstalācijai var izmantot gan sudraba, gan zelta nanodaļiņas, kas nodrošina lielāku elastību un jaudu nekā tradicionālās metodes.
Daudzi nanotehnoloģiju materiāli nāk arī no izplatītākiem avotiem. Māla daļiņas, kas tiek manipulētas nano līmenī, rada spēcīgāku polimēru, kas ir arī vieglāks un izturīgāks pret temperatūru. Parasti polimērus uz māla bāzes var izmantot apģērbā, sadzīves priekšmetos un automašīnu detaļās. Būvniecības nozare pēta veidus, kā uzlabot tādus izplatītus priekšmetus kā cements un stikls, lai radītu jaunus materiālus, kas ir energoefektīvāki, vieglāk ražojami un videi draudzīgāki.
Daudzi nanotehnoloģiju materiāli ir bijuši pretrunīgi vērtēti. Manipulācijas ar materiāliem molekulārā līmenī rada iespējamību gan pašiem materiāliem, gan blakusproduktam. Citas bažas rada enerģijas patēriņš materiālu radīšanā un fakts, ka tiem vēl ir jāpierāda, ka tie iztur laikā. Neskatoties uz to, nanotehnoloģiju materiāli tiek izstrādāti, jo tiek solīts lielākas inovācijas elektronikā, tekstilizstrādājumos, ražošanā un to potenciāli revolucionārā ietekme uz medicīnu.