Nanopartikel sind feste Partikel mit typischen Durchmessern im Bereich von etwa 1–100 nm. In dieser Größenordnung treten ausgeprägte Quanteneffekte, eine stark vergrößerte spezifische Oberfläche sowie oberflächenkontrollierte Reaktionen auf. Nanopartikel können aus Metallen, Metalloxiden, Halbleitern, Polymeren oder Kohlenstoff (z. B. Ruß, Fullerene) bestehen.

Die physikalisch-chemischen Eigenschaften werden durch Größe, Form, Kristallstruktur, Oberflächenchemie und Aggregationszustand bestimmt. So zeigen metallische Nanopartikel (z. B. Gold‑ und Silbernanopartikel) größenabhängige Plasmonresonanzen, während magnetische Nanopartikel (z. B. Fe₃O₄) superparamagnetisches Verhalten aufweisen können. Metalloxid‑Nanopartikel wie Titandioxid-Nanopartikel besitzen modifizierte Bandlücken und Reaktivität, was sie für Photokatalyse und Pigmente prädestiniert.

Die Synthese erfolgt unter anderem durch nasschemische Fällung, Sol‑Gel‑Prozesse, thermische Zersetzung, Gasphasen‑Kondensation oder mechanisches Mahlen. Die gezielte Nanopartikelbildung erfordert Kontrolle von Nukleation und Wachstum, häufig unter Einsatz von Liganden oder Polymeren zur Stabilisierung. Kern‑Schale‑Nanopartikel erlauben die unabhängige Einstellung von Kernfunktion (z. B. magnetisch, plasmonisch) und Oberflächenchemie (z. B. Biokonjugation, Korrosionsschutz).

Anwendungen reichen von Katalyse, Energiespeichern und Sensorik über optoelektronische Bauelemente bis hin zu biomedizinischen Systemen (Drug Delivery, Kontrastmittel). Zugleich sind Toxikologie, Umweltverhalten, Agglomerationsneigung und regulatorische Aspekte zentrale Forschungsthemen, da Oberflächeneffekte und hohe Mobilität die Wechselwirkung mit biologischen Systemen und der Umwelt maßgeblich beeinflussen.