La nanofábrica es la aplicación estándar propuesta para la fabricación molecular de primera generación, también conocida como nanotecnología molecular. La fabricación molecular es una tecnología futurista que emplearía vastas matrices de sistemas de máquinas de nivel nano («nanoensambladores») para sintetizar productos a macroescala mediante un proceso llamado ensamblaje convergente. En el ensamblaje convergente, una línea de ensamblaje de brazos manipuladores progresivamente más grandes ensambla subcomponentes del producto y los pasa a la siguiente etapa de brazos manipuladores más grandes, hasta que finalmente se crea un producto utilizable por humanos.
Debido a que estos nanoensambladores serían estacionarios y trabajarían en una línea de ensamblaje como una fábrica convencional, el peligro de que estas nanomáquinas se suelten y se vuelvan locas está ausente. Los visionarios de la nanotecnología han estado preocupados durante mucho tiempo por una reacción violenta a su tecnología propuesta basada en historias fantásticas de ciencia ficción, como «Prey» de Michael Crichton, que describe la «nanotecnología» como enjambres de máquinas autónomas con capacidades de autoevolución. La noción de nanofábrica proporciona una refutación sólida a tales escenarios de desastre.
Debido a las leyes de escala, las nanofábricas pueden ser extremadamente productivas. Los sistemas de robótica a macroescala, como la robótica que se utiliza para ensamblar automóviles, utilizan brazos manipuladores que se mueven muy lentamente según los estándares nanotecnológicos. Los brazos manipuladores que operan a nivel molecular podrían realizar operaciones de ensamblaje muy rápidamente, del orden de GHz (miles de millones de veces por segundo) en lugar de simples Hz. Los cálculos preliminares sugieren que una nanofábrica podría procesar su propia masa en pocas horas.
A través de la programación avanzada, una nanofábrica permitiría al usuario especificar la composición de un producto con precisión atómica, abriendo vastos sectores nuevos del espacio del diseño. Muchos de nuestros productos actuales adolecen de debilidades o imperfecciones porque se fabrican mediante «productos químicos a granel»; reuniendo miles de millones o billones de átomos de forma aleatoria en lugar de crear productos a través de un posicionamiento atómico preciso. Si una nanofábrica se creara con éxito, también podría programarse para producir nanofábricas adicionales por el costo de nada más que las materias primas y la programación necesaria. Cuando las nanofábricas se conviertan en realidad (quizás en 2015), es probable que revolucionen todos los sectores de la fabricación.