Nanomachine adalah mesin yang sangat kecil, dimensi atau komponennya diukur dalam nanometer. Sebuah nanomachine mungkin lebih besar dari 1,000 nanometer, tetapi biasanya tidak lebih besar dari 10,000 nanometer (10 mikron). Merancang dan membuat mesin nano adalah tujuan dalam disiplin nanoteknologi yang besar dan didanai dengan baik, meskipun banyak pekerja di nanoteknologi mengambil rute yang kurang ambisius dalam merancang bahan berskala nano pasif. Mesin nano mengacu pada sistem yang aktif dan berfungsi dengan komponen berskala nano.
Tubuh manusia dipenuhi dengan mesin nano, yang bisa dibilang membentuk sebagian besar massanya. Sebuah sel dapat dianggap sebagai mesin nano karena terdiri dari komponen skala nano. Mesin nano yang lebih jelas lagi adalah ribosom, pabrik molekuler yang mensintesis protein. Ribosom berdiameter sekitar 20 nanometer. Mesin nano biologis lainnya adalah bakteri dan virus.
Saat ini, mesin nano pada dasarnya masih dalam tahap penelitian dan pengembangan, meskipun para peneliti sangat berharap untuk potensi jangka panjangnya. Satu nanomachine, diumumkan pada bulan April 2008 oleh para peneliti dari Nano Machine Center di California NanoSystems Institute di UCLA, dapat melepaskan obat anti-kanker di dalam sel ketika diaktifkan oleh cahaya. Mesin, yang disebut nanoimpeller, terdiri dari nanopartikel silika mesopori dengan pori-pori dilapisi azobenzena, bahan kimia yang dapat beralih di antara dua posisi berbeda tergantung pada paparan cahaya. Bagian dalam nanoimpeller diisi dengan obat anti-kanker, kemudian dimasukkan ke dalam sel kanker manusia dalam kultur, di mana mereka dibujuk oleh paparan cahaya untuk melepaskan muatannya. Memvariasikan intensitas dan panjang gelombang cahaya memberi para peneliti kontrol yang tepat atas mesin nano mereka.
Mesin nano menarik lainnya telah dibuat oleh lab Nadrian Seeman di Departemen Kimia Universitas New York. Dengan menggunakan DNA, Dr. Seeman telah menghasilkan susunan kisi aktif yang berganti-ganti antar konfigurasi, dan bahkan “pejalan” DNA yang dapat bergerak maju dengan “kaki” molekuler. Laboratorium Seeman telah menunjukkan keserbagunaan DNA sebagai bahan bangunan untuk mesin nano.
Meskipun mesin nano baru dalam tahap penelitian, dampak jangka panjang terbesarnya dapat terjadi di bidang manufaktur, kedokteran, dan militer. Jika nanomachines dapat dibujuk untuk mereplikasi diri, atau dapat dibangun dalam jumlah besar menggunakan rakitan sendiri, dan diprogram untuk bekerja sama untuk membuat objek, mereka dapat dibentuk menjadi sistem manufaktur khusus dengan kemampuan yang jauh lebih banyak daripada apa pun yang ada saat ini. Perangkat desktop hipotetis semacam itu disebut pabrik nano.