Nanomateriały mają odmienne właściwości fizyczne w porównaniu z materiałami tradycyjnymi. Technologie stosowane do wytwarzania nanomateriałów pozwalają otrzymać tworzywa o składzie i właściwościach niemożliwych do uzyskania metodami dotychczas znanymi.
Wiele struktur występujących w przyrodzie (martwej i ożywionej) jest w istocie rodzajem nanomateriałów. Do nanomateriałów organicznych zaliczyć można struktury tworzące skórę, rogi, dzioby, kości, pióra i pazury, wytwory stawonogów Novel natural nanomaterial spins off from spider-mite genome sequencing, kapsydy wirusów, łuski na skrzydłach motyli, naturalne koloidy (mleko, krew), włókna papieru, bawełny, komórki korali.
Naturalnie występujące nanomateriały powstają wskutek formowania się kryształów podczas rozmaitych procesów zachodzących w skorupie ziemskiej. Przykładowo gliny wykazują złożone nanostruktury, decydujące o ich właściwościach anizotropowych, wskutek aktywności wulkanicznej powstają opale, zawierające nanokryształy. Znane od dawna nanomateriały to pigmenty, cement, Purpura Kasjusza.
Nanomateriały wytworzone przez człowieka alotropowe odmiany węgla: grafen, fulereny grafan fosforen germanen silicen stanen nanocząstki złota nanocząstki miedzi