Máy điều khiển nano thực hiện điều khiển chính xác nguyên tử và phân tử, cốt lõi là nhờ vào hiệu ứng vật lý đặc biệt và công nghệ điều khiển tinh vi, phá vỡ giới hạn của hoạt động vĩ mô, đi sâu vào hoạt động ở quy mô nano thậm chí quy mô nguyên tử. Nguyên tắc chính của nó là sử dụng các lực tương tác giữa các nguyên tử, chẳng hạn như lực van der Waals, điện tĩnh và các cơ chế phát hiện và phản hồi tiên tiến để đảm bảo mọi hoạt động đều chính xác. ​

Xét về công nghệ cụ thể, công nghệ kính hiển vi đường hầm quét (STM) là một trong những phương tiện quan trọng. Đầu kim của STM cực kỳ sắc nét và chỉ bao gồm một vài hoặc thậm chí một nguyên tử. Dòng điện đường hầm được tạo ra khi đầu kim ở rất gần bề mặt của nguyên tử hoặc phân tử đang được điều khiển (thường ở cấp độ nano). Bằng cách kiểm soát chính xác khoảng cách giữa đầu kim và bề mặt mẫu, sử dụng lực Van der Waals hoặc điện tĩnh giữa đầu kim và nguyên tử, bạn có thể "lấy" hoặc "di chuyển" nguyên tử. Ví dụ, các nhà khoa học đã sử dụng công nghệ STM để di chuyển các nguyên tử xenon từng cái một trên bề mặt đồng, sắp xếp thành ba chữ cái "IBM", thể hiện trực quan việc điều khiển chính xác ở cấp độ nguyên tử. ​

Kỹ thuật kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) là một phương pháp phổ biến khác. AFM thu thập thông tin về hình dạng bề mặt bằng cách phát hiện lực tương tác giữa đầu kim và các nguyên tử trên bề mặt mẫu và cho phép xử lý. Không giống như STM, AFM không chỉ hoạt động trên các mẫu dẫn điện mà còn được sử dụng để cách nhiệt. Trong quá trình xử lý, kim AFM tiếp xúc hoặc tiếp cận các nguyên tử, đẩy các nguyên tử hoặc phân tử đến vị trí được chỉ định bằng cách kiểm soát kích thước và hướng của lực tác dụng của kim. Ví dụ, khi xây dựng các thiết bị nano, các nhà nghiên cứu sử dụng AFM để đặt chính xác các phân tử cụ thể trên bề mặt, đặt nền tảng cho việc tạo ra các linh kiện nano hiệu suất cao. ​

Ngoài ra, công nghệ nhíp ánh sáng cũng đóng một vai trò quan trọng. Nó sử dụng áp suất bức xạ được tạo ra bởi trường ánh sáng gradient được hình thành bởi chùm tia laser để nắm bắt và điều khiển các hạt nhỏ, bao gồm cả nguyên tử và phân tử, giống như nhíp. nhíp ánh sáng có lợi thế xử lý không tiếp xúc và tránh thiệt hại vật lý cho đối tượng được điều khiển. Trong lĩnh vực sinh học, nhíp ánh sáng có thể được sử dụng để điều khiển chính xác các phân tử sinh học, chẳng hạn như nghiên cứu quá trình gấp và kéo dài DNA, giúp các nhà khoa học khám phá những bí ẩn của sự sống. ​

Việc xử lý chính xác các nguyên tử và phân tử của máy điều khiển nano là kết quả của sự hội tụ chéo đa ngành, liên quan đến nhiều lĩnh vực như vật lý, khoa học vật liệu và kỹ thuật cơ khí chính xác. Với sự tiến bộ liên tục của công nghệ, độ chính xác và hiệu quả xử lý của nó sẽ tiếp tục được cải thiện, trong tương lai, nó dự kiến sẽ đóng một vai trò quan trọng hơn trong điện toán lượng tử, chuẩn bị vật liệu mới và y tế chính xác, mở ra một con đường mới cho con người khám phá thế giới vi mô và thúc đẩy phát triển khoa học và công nghệ.