Molekyylivalmistus on hypoteettinen tulevaisuudessa uudelleenohjelmoitavien nanomittakaavan “kokoonpanijoiden” käyttö tuotteiden rakentamiseen atomien väliltä. Molekyylikokoonpanija olisi nanomittakaavan robotti -manipulaattori, joka pystyy sijoittamaan yksittäisiä atomeja, esimerkiksi hiiltä, pintaan atomitarkkuudella. Jokapäiväinen ihminen kokisi tämän tekniikan “nanotehtaan” muodossa, itsenäisenä työpöydän molekyylituotantoyksikkönä, joka käyttää puhdistettua raaka-ainetta, kuten propaanikaasua.
Jotta molekyylikokoonpanosta olisi hyötyä ihmisille, sen on kyettävä tekemään kopioita itsestään. Muussa tapauksessa kestää liian kauan, ennen kuin yksi kokoonpanija rakentaa jotain merkittävää kokoa tai arvoa. Jos suuri joukko kokoonpanijoita voitaisiin saada yhteistyöhön, he voisivat rakentaa makroskaalatuotteita atomitarkkuudella käyttämällä täysin automatisoitua prosessia, jolla on suuri suorituskyky. Tämä on riittävän merkittävää, että jos tekniset esteet voitetaan, tekniikka käynnistää uuden teollisen vallankumouksen, joka on luultavasti mullistavampi kuin kaksi ensimmäistä yhdessä.
Molekyylikokoonpanijat ja molekyylivalmistus eivät ole mitään uutta. Meillä on biljoonia niitä kehossamme: organellit, joita kutsutaan ribosomeiksi. Ribosomit syntetisoivat suuria määriä kaikkia proteiineja jokaisessa luonnossa olevassa organismissa, ekstremofiileistä mikrobeista sinivalaan. Niiden perusrakenne on sama, koska jokainen elävä olento kehittyi yhteisestä esi -isästä, jolla oli jo perusproteiinisynteesikoneisto paikallaan. Tietenkin ribosomit replikoituvat myös itse.
Jos luotaisiin epäorgaaninen molekyylikokoonpano, joka kykenisi kopioimaan itsestään, se voisi luoda uuden ”elämän” muodon, vaikkakin tyypin, jota ohjataan suoraan ohjelmoimalla. Tätä ajatusta on kutsuttu molekyylivalmistukseksi, ja jotkut sen teknisistä yksityiskohdista on todella kehitetty. Teoreetikot ovat suunnitelleet fyysisesti elinkelpoisia nanomittakaavoja, moottoreita, akkuja, johtoja, liikkuvia tankoja, lajittelijoita, akseleita ja paljon muuta. Jotkut näistä nanomittakaavan laitteista on jo valmistettu, toisia kehitetään aktiivisesti.
Molekyylivalmistuksella on mahdollisuus kääntää yhteiskunta ylösalaisin, mutta tuskin kukaan on kuullut siitä. Usein molekyylivalmistuksen ideat yhdistetään tai sekoitetaan muihin mahdollisiin sovelluksiin laajemmalla nanotekologian alalla yleensä, mikä vaikeuttaa sääntelypolitiikan laatimista jälkimmäiselle. Eräässä tutkimuksessa havaittiin, että julkisia mielipiteitä nanoteknologiasta voitaisiin helposti manipuloida muuttamalla vain muutama lause aiheen esittelytapassa. Nämä tiedon puutteet ovat huolestuttavia joillekin futuristeille ja päätöksentekijöille, jotka haluavat nähdä enemmän keskustelua molekyylivalmistuksen futuristisista mahdollisuuksista ja tavasta, jolla sitä voidaan säännellä.