Die Nanofabrik ist die vorgeschlagene Standardanwendung für die molekulare Fertigung der ersten Generation, auch bekannt als molekulare Nanotechnologie. Die molekulare Fertigung ist eine futuristische Technologie, die riesige Arrays von Maschinensystemen auf Nanoebene („Nanoassembler“) verwenden würde, um Produkte im Makromaßstab mithilfe eines Prozesses namens konvergente Montage zu synthetisieren. Bei der konvergenten Montage montiert eine Montagelinie von progressiv größeren Manipulatorarmen Produktunterkomponenten und übergibt sie an die nächste Stufe größerer Manipulatorarme, bis schließlich ein für den Menschen verwendbares Produkt geschaffen ist.
Da diese Nanoassembler stationär wären und wie eine konventionelle Fabrik in einem Fließband arbeiten würden, besteht keine Gefahr, dass sich diese Nanomaschinen lösen und verwildern. Nanotechnologie-Visionäre befürchten seit langem eine Gegenreaktion auf ihre vorgeschlagene Technologie, die auf fantasievollen Science-Fiction-Geschichten wie Michael Crichtons „Prey“ basiert, die „Nanotechnologie“ als autonome Maschinenschwärme mit sich selbst entwickelnden Fähigkeiten darstellen. Die Vorstellung einer Nanofabrik bietet eine solide Widerlegung solcher Katastrophenszenarien.
Aufgrund von Skalierungsgesetzen können Nanofabriken äußerst produktiv sein. Robotiksysteme im Makromaßstab, wie die Robotik zum Zusammenbau von Automobilen, verwenden Manipulatorarme, die sich nach nanotechnologischen Standards sehr langsam bewegen. Manipulatorarme, die auf molekularer Ebene arbeiten, könnten sehr schnell Montagevorgänge in der Größenordnung von GHz (Milliarden Mal pro Sekunde) statt nur Hz durchführen. Vorläufige Berechnungen deuten darauf hin, dass eine Nanofabrik ihre eigene Masse in wenigen Stunden verarbeiten könnte.
Durch fortschrittliche Programmierung würde eine Nanofabrik es dem Benutzer ermöglichen, die Zusammensetzung eines Produkts mit atomarer Präzision zu spezifizieren, was riesige neue Bereiche des Designraums erschließt. Viele unserer aktuellen Produkte weisen Schwächen oder Unvollkommenheiten auf, weil sie durch „Massenchemie“ hergestellt werden; Milliarden oder Billionen von Atomen willkürlich zusammenzuwerfen, anstatt Produkte durch präzise atomare Positionierung zu erzeugen. Wenn eine Nanofabrik erfolgreich aufgebaut wurde, könnte sie auch so programmiert werden, dass sie zusätzliche Nanofabriken für nur die Rohstoffe und die notwendige Programmierung herstellt. Wenn Nanofabriken Realität werden (vielleicht bis 2015), werden sie wahrscheinlich jeden Sektor der Fertigung revolutionieren.