Nanotekniikka sisältää uskomattoman pieniä mutta hyödyllisiä rakenteita yksittäisistä atomeista. Nämä voivat olla pienoisrobotteja tai -koneita, joista osa voitaisiin käyttää lisärakenteiden tekemiseen. Nanoteknologian rooli hammaslääketieteessä on mahdollisesti valtava, ja pieniä nanorobotteja voidaan käyttää ehkäisemään hampaiden reikiintymistä, korjaamaan hampaita ja toimittamaan lääkkeitä tavoitteisiinsa. Muita tulevia käyttökohteita voivat olla hammasongelmien diagnosointi ja hoito sekä hammaskiilteen korvaavien aineiden luominen. Hammaslääketieteen nanoteknologiaa käytetään jo parempien sidosmateriaalien ja hartsien valmistamiseen hammaslääkäreiden käyttöön.
Yksi mahdollinen nanoteknologian sovellus hammaslääketieteessä on useiden pienien nanorobottien luominen ennaltaehkäisevien hammaslääketieteellisten tehtävien suorittamiseksi suun sisällä. Tällaiset pienoiskoneet voitaisiin ohjelmoida partioimaan hampaita ja ikeniä poistamalla ja tuhoamalla ruokahiukkaset, haitalliset bakteerit ja plakki. Myös nanorobotit voivat ehkä löytää ja korjata hammaskiilteen reikiintymispaikkoja. Jos tällainen menestys onnistuu, hammaslääketieteen kehitys voi johtaa hammassairauksien, kuten ikenien ja hampaiden reikiintymisen, lopettamiseen.
Hammaslääketieteen nanoteknologia voi osoittautua hyödylliseksi myös tapauksissa, joissa sairaus on jo läsnä suussa. Nanorobotit voitaisiin ohjata nukuttamaan yksittäisiä hampaita estämällä hermojen siirtoa. Hampaiden tunnottamisen jälkeen minirobotit voivat siirtyä tekemään korjaustöitä, ja jotkut koneet valmistavat tarvittavat materiaalit. Samankaltaisia menetelmiä voidaan käyttää herkkien hampaiden hoitoon, koska nanorobotit voivat estää herkkyyttä aiheuttavat pienet reiät ja tarjota mahdollisen parannuksen.
Toinen mahdollinen nanoteknologian rooli hammaslääketieteessä on hammasongelmien, myös suun syöpien, havaitseminen. Ne voitaisiin kerätä varhaisessa vaiheessa partioimalla nanokoneita, ja nanoteknologiaa voitaisiin käyttää myös hoidon suorittamiseen. Pienikokoinen nanokone voi sallia lääkkeiden toimittamisen tarkasti syöpäsoluihin jättäen muut solut koskemattomiksi.
Jotkut hammaslääketieteet, jotka palauttavat ja rekonstruoivat hampaita, käyttävät jo nanoteknologiaa. Mallinnus-, muovaus- ja liimausmateriaaleihin on lisätty nanohiukkasia, mikä tekee niistä tehokkaampia ja sopivampia yksityiskohtaisiin töihin. Niitä on käytetty myös parempien sidosten luomiseen haavoille ja luun täyteaineiksi.
On mahdollista, että nanoteknologia voi mahdollistaa hammaskiilteen korvaavien aineiden kehittämisen käyttämällä kovia materiaaleja, kuten timanttia tai safiiria. Vaikka nanoteknologian tuleva rooli hammaslääketieteessä on jännittävä, turvallisuus on edelleen tärkeä tekijä. Tarvitaan menetelmiä sen varmistamiseksi, etteivät hammaslääketieteessä käytetyt nanohiukkaset voi aiheuttaa haittaa, mukaan lukien keinot deaktivoida nanorobotit nieltynä.