Nanotehdas on vakiomuotoinen sovellus ensimmäisen sukupolven molekyylivalmistukseen, joka tunnetaan myös nimellä molekyylinanoteknologia. Molekyylivalmistus on futuristinen tekniikka, joka hyödyntäisi laajan valikoiman nanotason konejärjestelmiä (nanoassemblers) syntetisoimaan makrotason tuotteita käyttämällä konvergenttia kokoonpanoa. Lähentyvässä kokoonpanossa progressiivisesti suurempien manipulaattorivarsien kokoonpanolinja kokoaa tuotteen alikomponentit ja siirtää ne suurempien manipulaattorivarsien seuraavaan vaiheeseen, kunnes lopulta luodaan ihmisille käyttökelpoinen tuote.
Koska nämä nanoasentajat olisivat paikallaan ja työskentelisivät kokoonpanolinjalla, kuten perinteinen tehdas, näiden nanokoneiden irrottautumisen ja villiintymisen vaaraa ei ole. Nanoteknologian visionäärit ovat jo pitkään olleet huolissaan vastalauseesta ehdotetulle tekniikalle, joka perustuu mielikuvituksellisiin tieteiskirjallisiin tarinoihin, kuten Michael Crichtonin “Prey”, joka kuvaa “nanoteknologiaa” itsenäisiksi konepajoiksi, joilla on itsensä kehittäviä kykyjä. Nanotehtaan käsite tarjoaa vankan vastineen tällaisille katastrofiskenaarioille.
Skaalauslakien vuoksi nanotehtaat voivat olla erittäin tuottavia. Makro-mittakaavan robotiikkajärjestelmät, kuten autojen kokoamiseen käytettävä robotiikka, käyttävät manipulaattorivarsia, jotka liikkuvat hyvin hitaasti nanoteknologisten standardien mukaan. Molekyylitasolla toimivat manipulaattorivarret voisivat suorittaa kokoonpanotoimintoja hyvin nopeasti, suuruusluokassa GHz (miljardeja kertoja sekunnissa) eikä pelkästään Hz: ää. Alustavat laskelmat viittaavat siihen, että nanotehdas voisi käsitellä oman massansa muutamassa tunnissa.
Kehittyneen ohjelmoinnin avulla nanotehdas antaisi käyttäjälle mahdollisuuden määrittää tuotteen koostumus atomin tarkkuudella, mikä avaa valtavia uusia suunnittelutiloja. Monet nykyisistä tuotteistamme kärsivät heikkouksista tai puutteista, koska ne on valmistettu “massakemian” avulla; miljardien tai triljoonien atomien yhdistäminen satunnaisella tavalla sen sijaan, että luodaan tuotteita tarkan atomisijoittelun avulla. Jos nanotehdas luotiin onnistuneesti, se voitaisiin myös ohjelmoida tuottamaan ylimääräisiä nanotehtaita vain raaka -aineiden ja tarvittavan ohjelmoinnin kustannuksella. Kun nanotehtaat toteutuvat (ehkä vuoteen 2015 mennessä), ne todennäköisesti mullistavat jokaisen valmistussektorin.