Nanomateriaalit on valmistettu monista eri kemikaaleista ja yhdisteistä. Muodostamisen jälkeen nämä materiaalit ovat erittäin pieniä, mikä antaa nanotuotteelle ainutlaatuisia ominaisuuksia. Nanokokoisten tuotteiden, kuten metallin, hiilen, komposiittien ja dendrimeerien, valmistuksessa käytetään neljää materiaaliluokkaa. Näillä tuotteilla on erilaisia sovelluksia ja niitä käytetään autoteollisuudessa, biolääketieteessä, elokuvissa ja paljon muuta.
Nanomittakaavainen materiaali on ainutlaatuinen kokonsa vuoksi, joka vaihtelee yhdestä nanometristä useisiin satoihin nanometreihin. Sähköiset, optiset ja kemialliset ominaisuudet ovat nanomittakaavassa hyvin erilaisia kuin suuremmassa mittakaavassa. Yksi syy siihen, että ominaisuudet ovat niin erilaisia, on se, että yli puolet materiaalien atomeista on pinnalla. Suurten kohteiden pinnalla on paljon vähemmän atomeja.
Metallipohjaiset nanomateriaalit ovat sellaisia kuin nanokulta, kvanttipisteet ja nanohopea. Kvanttipisteitä on useita kokoja, joiden maksimikoko on useita satoja nanometrejä. Piste sisältää puolijohdekiteitä, jotka on pakattu yhteen, joten tuhannet atomit ovat kaikki hyvin pienellä alueella. Muita tässä pienessä mittakaavassa käytettäviä metallipohjaisia kemikaaleja ovat metallioksidit.
Hiilipohjaiset nanomateriaalit ovat niitä, jotka ovat pääosin hiiltä. Hiili muotoillaan onttoiksi putkiksi, ellipsoideiksi tai palloiksi. Ellipsoidisia ja pallomaisia hiilinanomateriaaleja kutsutaan fullereeneiksi. Onttoja putkimaisia materiaaleja kutsutaan nanoputkiksi.
Jotkin hiilipohjaisten tuotteiden sovelluksista sisältävät kalvon vahvistamisen ja keventämisen. Ne parantavat myös mekaanisiin osiin käytettävien eri pinnoitteiden laatua ja käyttöikää. Näitä materiaaleja käytetään yleisesti myös sähköisissä sovelluksissa.
Komposiitit ovat kolmannen luokan materiaaleja, jotka on valmistettu muista nanomateriaaleista ja jotka on yhdistetty suurikokoisiin materiaaleihin tai muihin nanohiukkasiin. Näitä komposiitteja käytetään palonestoaineisiin, jotka parantavat mekaanista suorituskykyä ja toimivat esteenä pakkauksille. Pieni määrä komposiitteja, jopa kaksi prosenttia, voi lisätä kohteiden lujuutta jopa 100 prosenttia. Komposiittien luominen voi olla melko yksinkertaista käyttämällä ioninvaihtotekniikkaa ja lämmitystä. Polymerointia käyttävät reaktiot ovat toinen tapa luoda komposiitteja nopeasti.
Dendrimeeri on toinen nanomateriaalityyppi. Nämä ovat polymeerejä, jotka sisältävät monia haaroja. Ne näyttävät tyypillisesti ketjuilta, ja niillä on lukuisia ketjunpäitä, joista voidaan tehdä tiettyjä toimintoja, joita tavallisesti käytetään kemiallisissa reaktioissa. Jotkut dendrimeerit voivat olla kolmiulotteisia ja niissä on sisäontelo, johon muut molekyylit mahtuvat. Lääkkeiden annostelu on yksi tämän dendrimeereissä olevan sisäisen ontelon käyttö. Näillä on myös sovelluksia geeniterapiassa ja lääketieteellisessä diagnoosissa.