Nanokristalle sind kristalline Festkörper mit mindestens einer charakteristischen Abmessung im Nanometerbereich (typisch 1–100 nm). Sie bestehen aus einem oder wenigen Kristalliten mit weitgehend periodischer Gitterstruktur und weisen aufgrund ihrer Größendimension starke Abweichungen von den Eigenschaften des jeweiligen Volumenwerkstoffs auf.

Strukturell sind Nanokristalle durch einen hohen Anteil an Oberflächenatomen und Korngrenzen gekennzeichnet. Dies führt zu modifizierten thermodynamischen Größen (Oberflächenenergie, chemisches Potenzial) und kann Phasengleichgewichte, Diffusionsvorgänge und mechanische Festigkeit maßgeblich beeinflussen. In nanokristallinen Metallen resultiert die Verringerung der Korngröße gemäß Hall-Petch-Beziehung häufig in deutlich erhöhter Härte und Festigkeit, während gleichzeitig Versetzungsmechanismen und Korngrenzengleitung an Bedeutung gewinnen.

Elektronisch und optisch zeigen Nanokristalle – beispielsweise Halbleiter- oder Perowskit-Nanokristalle – ausgeprägte Quanteneffekte (Größenquantisierung). Dies manifestiert sich in größenabhängigen Bandlücken, diskreten Energieniveaus und damit einhergehender Tunabilität von Absorptions- und Emissionsspektren. Kolloidale Nanokristalle können in Flüssigkeiten stabil dispergiert und prozessiert werden, was ihre Integration in Dünnschichtbauelemente, Leuchtstoffe oder Photovoltaikschichten erleichtert.

Oxidische Nanokristalle wie Ceriumoxid-Nanokristalle besitzen aufgrund ihrer hohen spezifischen Oberfläche und variablem Oxidationszustand ein ausgeprägtes katalytisches und redoxchemisches Verhalten. Organische Nanokristalle, etwa Cellulose-Nanokristalle, zeichnen sich durch hohe Steifigkeit, Anisotropie und die Möglichkeit zu funktioneller Oberflächenmodifikation aus.

Herstellungsmethoden umfassen u. a. nasschemische Fällung, Sol-Gel-Prozesse, gasphasenbasierte Synthesen sowie mechanisches Mahlen mit anschließender Wärmebehandlung. Für die materialspezifische Anwendung sind Größenverteilung, Kristallinität, Defektdichte, Oberflächenchemie und Stabilisierung (z. B. durch Liganden bei kolloidalen Systemen) präzise zu kontrollieren. Nanokristalle bilden damit eine zentrale Klasse maßgeschneiderter Bausteine für strukturelle, optoelektronische, katalytische und biobasierte Funktionswerkstoffe.