因为纳米材料集中了小尺寸、结构复杂和相互作用强等特点，用纳米材料做成的物质，可能会产生我们想像不到的新的物理和化学现象。在纳米级尺寸下，物质所具有的性质与它们在通常状态下的性质大不一样。
首先，超微颗粒的表面与大块物体表面十分不同，这些颗粒没有固定的形态，随着时间的变化会自动形成各种形状（如立方八面体、十面体、二十面体结晶等），因此这时物质既不同于一般固体，又不同于液体，是一种准固体。
第二，超微颗粒的表面具有很高的活性，在空气中金属超微颗粒会迅速氧化而燃烧。
第三，具有特殊的光学性质。金属超微颗粒对光的反射率很低，通常可低于1%。
第四，具有特殊的热学性质。固态物质在其形态为大尺寸时，其熔点是固定的，超细微化后却发现其熔点将显著降低，当颗粒小于10纳米量级时尤为显著。例如，银的常规熔点为670摄氏度，而超微银颗粒的熔点可低于100摄氏度。
第五，具有特殊的磁学性质。人们发现鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂以及生活在水中的趋磁细菌等生物体中存在超微磁性颗粒，使这类生物在地磁场导航下能辨别方向，具有回归的本领。磁性超微颗粒实质上是一个生物磁罗盘，生活在水中的趋磁细菌依靠它游向营养丰富的水底。
第六，具有特殊的力学性质。陶瓷材料在通常情况下呈脆性，然而由纳米超微颗粒压制成的纳米陶瓷材料却具有良好的韧性。因为纳米材料具有大的界面，界面的原子排列是相当混乱的，原子在外力变形的条件下很容易迁移，因此表现出甚佳的韧性与一定的延展性，使陶瓷材料具有新奇的力学性质。研究表明，人的牙齿之所以具有很高的强度，是因为它是由磷酸钙等纳米材料构成的。运用纳米技术在0.06毫米×0.04毫米的硅晶片上绘制的伦敦市区图此外，有些纳米材料还具有超导电性等特殊性能。