„Nanofabrikation“ bezieht sich auf die Herstellung von Strukturen mit Strukturgrößen, die in Nanometern gemessen werden, insbesondere unter 20 Nanometern an einer Seite. Die derzeitige Technologie erlaubt die Nanofabrikation meist nur im zweidimensionalen Sinne. Eine wichtige Untergruppe der aktuellen Nanofabrikation sind die Technologien, die in den Zuständigkeitsbereich der Nanolithographie fallen, was im Grunde nur „Nano-Schreiben“ bedeutet und ein zweidimensionales Ergebnis impliziert. In diesem Sinne ist selbst die konventionelle Photolithographie, die zur Herstellung von Computerchips verwendet wird, technisch Nanofabrikation, da Strukturgrößen in Hunderten von Nanometern gemessen werden. „Nanofabrikation“ bezieht sich jedoch tendenziell auf neuere und innovativere Ansätze.
Konventionelle Photolithographie, die Hauptstütze der Computerindustrie, kann verwendet werden, um Features mit Abmessungen von nur 22 nm zu erzeugen, obwohl dies sehr teuer ist und derzeit nicht als kosteneffektiv gilt. Typischer haben Muster Strukturgrößen von etwa 193 nm als untere Grenze. In der Erwartung, bei der Photolithographie an physikalische Grenzen zu stoßen, haben Computerfirmen Milliarden von Dollar in die Forschung für Lithographietechniken der nächsten Generation investiert. Dazu gehören Röntgenlithografie (Merkmalsgrößen von 15 nm), Doppelstrukturierung (mit einem Ansatz mit niedrigerer Auflösung, aber zweimaliges Strukturieren derselben Oberfläche), Elektronenstrahl-Direktschreiblithografie (EBDW), Extrem-Ultraviolett-Lithografie, Nanoimprint-Lithografie, Scannen Sondenlithographie (die einzelne Atome manipulieren kann) und Rasterkraftmikroskop-Nanolithographie.
Fortgeschrittenere Ansätze zur Nanofabrikation sind die molekulare Selbstorganisation, die hundertfach im Labor nachgewiesen wurde, oder die positionelle Mechanosynthese, die sich in den frühesten Forschungsstadien befindet. Beides sind Versuche, die Nanofabrikation in den 3D-Bereich zu bringen, was ihre technologische Kraft wirklich freisetzen würde. Eine schnelle Nanofabrikation in 3D würde bedeuten, dass Hersteller theoretisch eine Vielzahl chemisch möglicher Strukturen mit Nanometer-Präzision bauen könnten. Dies könnte zu Motoren führen, die um Größenordnungen leistungsfähiger sind als heute, Materialien mit 100-mal besseren Festigkeits-Gewichts-Verhältnissen, Elektronik, die in alles eingebettet ist, und mehr. Derzeit wird die Nanofabrikation jedoch meist nur verwendet, um bessere Computerchips herzustellen.