當科學家在奈米尺度上操控構建模組時，非凡的特性就會顯現。德國拜羅伊特大學的 Natalia Dubrovinskaia 及其同事發現的鑽石奈米棒可以緊密結合成一種比鑽石更堅硬的緻密碳形式。奈米棒材料的潛在工業應用包括切割和拋光合金和陶瓷。
Pulickel M. Ajayan 及其在倫斯勒理工學院的同事也選擇碳材料來製造超彈性彈簧。研究人員使用碳奈米管泡沫設計出結合了剛度和可壓縮性的彈簧。反覆壓縮墊子通常會將其壓扁，使其失去彈性。但奈米管泡沫即使在被擠壓 10,000 次後仍保持彈性，這一特性可能使該材料適用於人造關節或減震器。
科學家從自然界汲取靈感，以開發出突破性材料。現代陶瓷堅固但易碎，而軟體動物的貝殼由於其精細分層的珍珠母（或稱珠母層）而表現出強度，同時保持了內在的韌性。勞倫斯伯克利國家實驗室的 Antoni P. Tomsia 及其同事發現，他們可以透過冷凍載入了羥基磷灰石（骨骼的礦物質成分）的水懸浮液來模仿珠母層（左圖）。他們構建了一種多層類珠母層材料，該材料可能在人造骨骼和關節或組織再生中找到用途。
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從自然界汲取靈感的研究也可能對電子產業有所幫助，電子產業通常需要高溫和強酸或強鹼來生產矽或其他半導體的薄膜。加州大學聖巴巴拉分校的 Daniel E. Morse 發現，透過將模仿海綿酶的酶放在金表面上，他的團隊可以為生長半導體薄膜建立模板。來自不起眼的海綿的靈感最終可能會產生更強大的電池。