Nanoteknologian käyttö lääketieteessä on kasvava ala. Jotkut uuden tieteen kehitykset ovat jo käytössä, ja monia muita kehitetään ja testataan. Yksi nykyinen käyttö on nanoteknologian lääkkeiden toimitus. Yksinkertaisesti sanottuna nanoteknologian lääkkeiden toimitus käsittää nanohiukkasten, mikroskooppisten ihmisen tekemien yhdisteiden käyttämisen lääkkeen, valon, lämmön tai muiden hoitojen toimittamiseen tiettyyn elimeen tai kudokseen kehossa. Lääkkeen toimittamisen vain tietyille soluille tai kudoksille, jotka sitä tarvitsevat – esimerkiksi kasvain – uskotaan olevan tehokkaampaa ja turvallisempaa kuin perinteiset hoidot.
Nanoteknologian lääkkeiden toimittaminen syövän torjumiseksi on yksi tutkijoiden tutkimista keskeisistä hoidoista, ja erityisesti kasvainsoluihin kohdistuvan nanoteknologian testaus on jo alkanut. Nanohiukkaset on suunniteltu siten, että ne houkuttelevat vain sairaita soluja eivätkä muita potilaan kehon kudoksia. Vanhemmilla lääkkeiden jakelutekniikoilla syövän hoitoon käytetty kemoterapia voi vahingoittaa terveitä kudoksia tai olla saavuttamatta kohdesyöpäsoluja.
Tutkijat tutkivat myös tapoja käyttää nanoteknologiaa, jotta potilaat voivat saada lääkeannoksen suun kautta injektion sijaan. Jälleen nanohiukkasia käytetään lääkkeen toimittamiseen sinne, missä sitä tarvitaan. Tässä tapauksessa tärkeä osa nanoteknologian lääkkeiden annostelussa on se, että se auttaa lääkitystä kulkemaan potilaan vatsan läpi hajoamatta. Kun lääke on potilaan suolistossa, se voi siirtyä verenkiertoon.
Nanolääketiedettä ei tietenkään tutkita yksinomaan lääkkeiden jakeluun. Tiedemiehet ja lääketieteen tutkijat harkitsevat myös tapoja käyttää nanoteknologiaa lääkkeenä tai terapiana. Esimerkiksi lääkärit ovat luoneet nanohiukkasia nimeltä buckyballs, jotka on suunniteltu auttamaan allergikkoa reaktion keskellä. Myös nanokuituja, jotka ovat mikroskooppisia filamentteja, joita voidaan käyttää potilaan vaurioituneen ruston korjaamiseen.
Kaksi muuta mahdollista lääketieteellistä käyttöä ovat diagnostinen kuvantaminen ja bakteerien tuhoaminen. Tietyt nanohiukkaset ovat jo osoittautuneet kykeneviksi tappamaan staph -infektioita ja muita mikrobeja. Mitä tulee kuvantamiseen, tietyt nanohiukkaset voivat auttaa lääkäreitä havaitsemaan kasvaimia, joita on vaikea havaita, tai auttaa laboratoriotyöntekijöitä paljastamaan sairauden indikaattorit verestä tai kudosnäytteestä.