纳米技术作为21世纪的前沿科技，正深刻改变着医学、材料科学和信息技术等多个领域。各国政府对此高度重视，投入大量资金：美国在2005-2008年间计划投入37亿美元，欧盟第六框架计划（2002-2006年）投资14亿欧元，日本2004年投入约8.75亿美元。纳米技术在医学中的应用尤为突出，涵盖实验室诊断、体外诊断造影、药物发现、药物递送、生物利用度提升及新型生物材料开发等，常被称为“纳米生物技术”或“纳米医学”。据弗罗斯特-苏利文（FS）公司2005年报告，全球纳米生物技术市场仅占纳米技术总市场的8%，但美国国家科学基金会（NSF）预测，未来10-15年内纳米技术将影响价值1800亿美元的美国药品市场。NanoMarkets公司估计，2005年纳米技术衍生的药物递送产品和服务全球市场规模达2.6亿美元，占药物递送总市场的0.6%，预计以65.9%的年复合增长率增长，到2012年将达到48亿美元，占药物递送总市场的5.2%。
纳米颗粒的核心优势在于提高药物溶解度和生物利用度。据估计，药物发现中40%-50%的新化学实体（NCE）存在溶解度问题，需在商业化前解决；此外，多达10%的现有药物因水溶性差而疗效受限。Technology Catalysts公司指出，2003年溶解度差和低生物利用度分子的全球总销售额约为720亿美元，2002年为640亿美元。从临床角度看，水溶性差的药物常导致生物利用度低且变异大、起效慢、受食物影响（如进食或空腹状态），以及注射用药时因辅料溶剂引发的不良副作用，从而影响最佳疗效。改善溶解度的原理是：当药物颗粒减小至纳米范围时，总表面积显著增加，从而加速溶解和溶出，提高生物利用度，因此可使用更低剂量。主要技术包括：1）粉碎和均化（如Elan公司的NanoCrystal和Baxter公司的Nanoedge技术），通常需加入稳定剂防止纳米颗粒再团聚；2）将药物负载于生物材料载体的纳米孔内（如pSivida公司的BioSilicon技术）。这些技术适用于多种剂型，如口服、注射、鼻内或肺内给药。美国FDA已批准多种纳米技术产品，例如Merck公司采用NanoCrystal技术生产的止吐药Emend，以及American Pharmaceutical Partners公司的Abraxane（白蛋白结合紫杉醇纳米颗粒）。
纳米颗粒还可用于靶向药物递送。通过调控纳米载体的组成、载荷或表面配体，可实现药物对特定细胞和组织的靶向。目前多种纳米颗粒方法用于癌症治疗。例如，美国麻省理工学院（MIT）开发的“纳米细胞”技术：其外膜和内膜分别包裹抗血管生成药和化疗药，直径小于200 nm，可进入肿瘤血管但无法进入正常细胞。进入肿瘤后，外膜释放抗血管生成药使肿瘤血管瓦解，随后内膜释放化疗药杀死肿瘤细胞。临床前研究显示良好前景。
除靶向外，纳米颗粒还用作疫苗递送载体。BioSante公司的磷酸钙（CAP）技术和BioDelivery Sciences公司的纳米蜗管技术，将抗原掺入纳米颗粒，利用小体积高效递送至抗原呈递细胞，刺激体液免疫（抗原特异性抗体）和细胞免疫（细胞毒性T淋巴细胞），后者对治疗和预防细胞内病毒（如HIV）尤为重要。
纳米技术还用于控释制剂开发。pSivida公司的BioSilicon技术将药物置于多孔纳米结构基质中，随基质生物降解而释放，释放速率可通过改变基质物理性质调控。此外，iMEDD和DebioTECH公司分别开发NanoGate和DebioSTAR植入装置，药物储存于聚合物储库中，通过纳米多孔膜释放，可持续长达6个月。在药物-器械结合方面，新型纳米结构生物材料可塑形或涂覆于现有材料表面，用于矫形和创伤处理。当前最成功的产品是药物洗脱支架，在美国已形成27亿美元的市场。
下表总结了主要纳米颗粒技术及其应用：
脂质体：由磷脂双层膜组成的囊泡，包封药物可增强循环持久性和组织靶向性，已有多个产品上市。
树状聚合物：高度分支的单分散结构，由分支分子壳和中心核构成，可递送小分子、蛋白质、DNA进入细胞，并能穿越生物膜如血脑屏障。
聚合物纳米颗粒：使用聚（丙交酯-共聚-乙交酯）等生物相容、可降解聚合物，可与配体连接实现靶向递送。
包衣聚合物纳米颗粒：用聚乙二醇等包衣以减弱免疫识别，提高循环持久性，用于递送DNA和反义寡核苷酸。
胶束：嵌段共聚物在水介质中自组装形成的纳米结构，用于递送多种治疗药物。
富勒烯：碳异构体排列成球状骨架，可用于药物递送。
纳米管：碳在过渡金属催化剂存在下自组装成单壁圆柱，具有药物递送潜力。
脱乙酰壳多糖/卵磷脂纳米颗粒：脱乙酰壳多糖与卵磷脂在乙醇中自组装，适用于鼻腔给药。
药物纳米颗粒：将药物结晶减小至100 nm以下，改善水溶性差药物的溶解度。
国际纳米技术研发力度持续加大。1990年相关科学论文仅1000篇，1997年达10575篇，2000年增至15667篇。各国政府投入从1997年的4亿美元增至2002年的20亿美元，2003年约30亿美元。继美国2000年启动“国家纳米技术计划”后，超过50个国家出台了公共纳米技术研发计划。
纳米技术将产生重大影响。美国商务部副部长邦德指出，纳米技术改变经济、社会和科学的潜力已获认可。2003年全球纳米技术市场约450亿美元，NSF预测2008年达7000亿美元，2015年超过1万亿美元，创造700万个高技能岗位。经合组织《观察家》文章指出，纳米技术将推动信息技术（存储和逻辑装置小型化）、材料科学（颜色、重量、密度、导电性等特性调控）以及卫生与生命科学（基因对免疫系统的控制）的进步。美国赖斯大学专题讨论会强调能源、医学、分子电子学、航空航天和材料领域的纳米技术研究值得重视。美国商务部和NSF报告指出，纳米技术、生物技术、信息技术和认知科学的融合将全面提高人类素质。
国际竞争如火如荼。美国、欧盟和日本均声称领先。美国联邦资助逐年增加，2001年4.22亿美元，2003年7.1亿美元，2004年8.49亿美元，2005-2008年共37亿美元。欧盟第六框架计划投入13亿欧元，日本2003年拨款约10亿美元。韩国、中国台湾、新加坡等也积极追赶。大企业如IBM、埃克森美孚、强生、惠普、索尼、丰田等纷纷投入巨资。目前研究集中在纳米结构材料、信息功能材料和生物医学材料，其中结构材料为焦点。美国在纳米合成化学品和纳米生物技术方面占优，欧洲在纳米粉末和涂层方面领先，日本在纳米器件和纳米结构材料方面占优。