納米材料的小尺寸效應是指當材料的尺寸減小到與光波波長、德布羅意波長以及超導態的相乾長度或透射深度等物理特徵尺寸相當或更小時，材料的周期性邊界條件被破壞，導致聲、光、電、磁、熱、力學等特性呈現新的物理性質的變化。
例如，金屬超微顆粒對光的反射率很低，通常可低於1%，大約幾微米的厚度就能完全消光。納米碳化矽顆粒的紅外吸收頻率峰值相比大塊碳化矽固體藍移了20nm-1，而納米氮化矽顆粒的紅外吸收頻率峰值相比大塊氮化矽固體藍移了14nm-1。此外，納米材料的磁性、內壓、光吸收、熱阻、化學活性、催化活性及熔點等與普通晶粒相比都有很大的變化。例如，金的熔點為1064C，而直徑為10nm的金粉熔點降低到940C，直徑為5nm的金粉熔點降低到830C。
這些特性使得納米材料在工業、農業、能源、環保、醫療、國家安全等多個領域都有廣泛的套用。