Sự hấp thu và vận chuyển của các hạt nano trong cây phụ thuộc vào thành phần, cấu trúc, hình dáng, tính chất bề mặt, sự ổn định của các hạt nano và đối tượng thực vật. Các hạt nano kim loại với kích thước rất nhỏ và hiệu quả tương tác bề mặt cao, hạt nano có thể xâm nhập qua rễ và lá vào trong tế bào sau đó tương tác với các cấu trúc nội bào, ảnh hưởng trực tiếp đến các cơ chế sinh học ở cấp độ tế bào [155]. Trong một số trường hợp còn cho thấy các hạt nano có thể cảm ứng hình thành các lỗ mới
lớn có thể thâm nhập được vào bên trong [180]. Tuy nhiên, các cơ chế về hấp thu, vận chuyển và biến đổi sinh học cũng như những rủi ro khi ứng dụng các hạt nano kim loại trên các cây trồng hiện nay vẫn đang được nghiên cứu và chưa được làm rõ. Rễ là cơ quan thực vật quan trọng nhất trong việc hấp thu các chất dinh dưỡng. Các hạt nano xâm nhập qua rễ sẽ trực tiếp tiếp xúc với các mô dẫn như xylem và phloem, tạo thuận lợi cho việc vận chuyển các hạt nano tới các vị trí bên trên của cây. Tuy nhiên, trước khi đi vào xylem của thực vật, các hạt nano kim loại phải xuyên qua được hệ thống vách tế bào và màng nguyên sinh chất của các tế bào lông hút, biểu mô, nhu mô và vành đai caspary. Bằng những hệ thống kính hiển vi huỳnh quang điện tử hiện đại và các kỹ thuật phân tích vật chất rắn, các nhà khoa học đã quan sát thấy nano kim loại có thể được đưa vào trong hệ thống xylem ở rễ qua khoảng gian bào (apoplast), qua tế bào chất (symplast), qua tế bào (transcellular), qua cầu nối liên bào (plasmodesmal transport), hoặc vận chuyển qua màng tế bào (membrane transport) và cuối cùng phải được vận chuyển qua vành đai caspary. Cơ chế di chuyển qua vành đai caspary của hạt nano vẫn chưa được biết đến một cách rõ ràng. Một khi đã xuyên qua vành đai caspary đến hệ thống mạch, nano sẽ được đưa lên các mô, cơ quan ở phía bên trên cùng với sự di chuyển của dịch dinh dưỡng và nước trong mô mạch [144].
Các tế bào thực vật được bảo vệ bởi vách tế bào cứng và gần như không có sự thực bào. Trước khi đi vào tế bào thực vật, các hạt nano kim loại phải xuyên qua được thành tế bào và màng nguyên sinh chất. Kích thước lỗ trên vách tế bào thực vật vào khoảng 5 – 20 nm [43] và chỉ các hạt nano với kích thước nhỏ hơn các lỗ trên vách tế bào mới có thể xâm nhập vào bên trong để tiến đến màng sinh chất, trong khi các hạt nano có kích thước lớn sẽ không thể vào được. Ví dụ như, những hạt nano vàng hình cầu với kích thước 3,5 nm được hấp thu vào trong cây một cách dễ dàng trong khi các hạt nano vàng kích thước lớn hơn (18 nm) thì bị chặn lại hầu hết và kết tụ ở bề mặt ngoài của rễ cây ngăn cản hoạt động hấp thu của rễ [133] . Do đó, các vật liệu có kích thước lớn hơn kích thước lỗ sẽ bị hạn chế xâm nhập vào tế bào. Tuy nhiên, với những nghiên cứu sâu hơn về tương tác giữa các hạt nano với thực vật, rõ ràng là
cách đi qua thành tế bào hoặc gian bào và trong một số trường hợp tạo ra lỗ mới kích thước lớn hơn trên vách tế bào. Ví dụ như các hạt nano bạc kích thước 38,6 nm vẫn có thể xâm nhập qua màng tế bào vào không bào và khí khổng [94], hạt nano sắt có kích thước nhỏ hơn 50 nm vẫn có thể được hấp thu và vận chuyển trong cây [100]. Tuy vẫn còn nhiều tranh luận xung quanh cơ chế hấp thu, vận chuyển hay chuyển hoá nano trong thực vật, nhưng khả năng xâm nhập nội bào của nano được chấp nhận rộng rãi, mặc dù cơ chế cụ thể của việc hấp thu nano vẫn chưa được xác định rõ ràng. Sau khi hấp thu vào trong cây, các hạt nano kim loại sẽ tương tác với các thành phần khác và bị thay đổi về mặt lý hoá. Ví dụ như bị bao bọc bởi các tác nhân hữu cơ tự nhiên hoặc các phân tử sinh học, bị phân rã, hoặc bị khử. Các hạt nano kim loại có thể bị phân rã, giải phóng ion kim loại và các dạng dẫn xuất hoá học khác khi phản ứng với các thành phần vô cơ hay hữu cơ trong thực vật, hoặc có thể tương tác vật lý với các dạng ion vô cơ, phân tử sinh học và vật liệu hữu cơ, làm thay đổi trạng thái kết đám và trạng thái hoá học bề mặt [155]. Do đó tính chất, hiệu quả tác động và độc tính của hạt nano không những phụ thuộc vào trạng thái được sản xuất mà còn phụ thuộc nhiều vào dạng chuyển hoá của chúng. Tuy nhiên, hiện tại, việc xác định các đặc tính của các hạt nano kim loại và các phương thức chuyển hóa của chúng sau khi được hấp thu vào thực vật bị hạn chế bởi các công nghệ hiện có.