Transistoren sind die grundlegenden Bausteine der meisten Elektronik, einschließlich aller Computer und Radios. Ein Nanotransistor ist ein Transistor, dessen Abmessungen in Nanometern gemessen werden. Ein Transistor mit einem Durchmesser von 300 Nanometern (Milliardstel Meter) wäre beispielsweise ein Nanotransistor. Transistoren werden zum Schalten und Verstärken elektronischer Signale verwendet. Wenn sie in Millionen und Milliarden kombiniert werden, können sie verwendet werden, um hoch entwickelte programmierbare Informationsprozessoren, besser bekannt als Computer, zu erstellen. Computer- und Kommunikationsunternehmen investieren jedes Jahr Hunderte Millionen Dollar in Forschungsgelder, um kleinere Transistoren zu entwickeln.
Die Miniaturisierung des Transistors ist das Markenzeichen von 50 Jahren Fortschritt bei kleineren Computern. In einem als Mooreschen Gesetz bekannten Trend hat sich die Anzahl der Transistoren, die Ingenieure auf einem Chip fester Größe unterbringen konnten, alle 18 bis 24 Monate konsequent verdoppelt. Somit bestand die gesamte Geschichte der Informatik aus vielen Dutzenden von Verdoppelungen. Leider kann dieser Trend für die Computerindustrie nicht ewig aufrechterhalten werden – die winzige Größe aktueller Transistoren stößt gegen die Gesetze der Physik.
Bemühungen, einen kleineren Nanotransistor herzustellen, sind ein Anstoß, das Mooresche Gesetz zu erfüllen und den Kunden bessere und schnellere Elektronik bereitzustellen. Herkömmliche Photolithographie schränkt ein, wie klein ein Nanotransistor hergestellt werden kann, daher werden neue Ansätze versucht, einschließlich der Verwendung von Mikroben und langsamer chemischer Gasphasenabscheidung, um Transistorkomponenten zu synthetisieren. Die Bemühungen, Nanotransistoren herzustellen, stehen an der Spitze der Nanotechnologie.
Im November 2001 machten die Bell Labs-Wissenschaftler mit ihrer Herstellung von einzeln adressierbaren Nanotransistoren im Maßstab eines einzelnen Moleküls einen großen Schritt in Richtung kleinerer Nanotransistoren. Diese Geräte sind so winzig, dass etwa 10 Millionen auf einen Stecknadelkopf passen. Die Herausforderung, winzige Elektroden für diese Transistoren herzustellen, wurde durch Selbstorganisation gelöst – das Zusammenfügen von Molekülen in einer bestimmten Mischung, die dazu führt, dass sie sich ohne direktes Eingreifen des Ingenieurs verbinden und sich selbst zusammensetzen. Leider ist dieser Ansatz jedoch noch experimentell und für die Massenfertigung noch nicht praktikabel.
Einen weiteren Meilenstein in der Entwicklung von Nanotransistoren setzten Wissenschaftler der University of Illinois im Januar 2008, als sie ein Nanotransistor-Radio konstruierten, dessen aktive Komponenten ausschließlich aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen bestehen. Kohlenstoff-Nanoröhrchen sind extrem flexible Materialien mit beispielloser Stärke und Nützlichkeit in der Elektronik.
Da Nanotransistoren so klein sind, kann ihr Verhalten mit aktuellen Theorien nicht vollständig beschrieben werden. Daher wurden Anstrengungen unternommen, um neue Theorien zu entwickeln, die auf die Nanoskala angewendet werden können.