Ngày nay thực tế đã có thể quan sát vật liệu ở cấu trúc nguyên tử, phân tử, một sự phát triển vượt bậc của khoa học mà khó có thể tưởng tượng được trong những năm trước đây.
- Phương pháp xác định giản đồ nhiễu xạ X-ray: máy X-ray là một phương pháp không thể thiếu khi xác định các pha tinh thể nano.
- Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân: NMR (nuclear magnetic resonance) sử dụng hữu hiệu trong các phương pháp chế tạo tự sắp xếp (self-assembly molecular).
- Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi nguyên tử lực: AFM (Atomic Force Microscopy). Kính hiển vi nguyên tử lực (AFM) lần đầu tiên được chế tạo thành công năm 1986 bởi Gerd Binning, Calvin Quate và Christoph Geber, kết quả của sự hợp tác giữa IBM và Đại học Stanford. Vào mùa thu năm 1985, Binning và Geber đã sử dụng một cantilever để khảo sát những bề mặt cách điện. Một mũi dò nhỏ được gắn ở phần cuối của cần quét, nó tỳ lên bề mặt mẫu trong quá trình quét. Lực giữa đầu dò và mẫu được đo theo độ lệch của cần quét. Điều này được thực hiện bởi việc quan sát dòng tunnel (dòng hiệu ứng đường ngầm) ở đỉnh của một đầu dò thứ hai đặt phía trên cần quét.
- Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử quét: SEM (Scanning Electron Microscopy) là một loại kính hiển vi điện tử cho phép chụp hình của bề mặt mẫu bằng cách quét qua mẫu với chùm tia điện tử năng lượng cao theo mô hình từng đường quét. Các điện tử tương tác với các nguyên tử cấu thành mẫu làm phát sinh ra những tính hiệu chứa đựng thông tin về cấu trúc bề mặt mẫu, thành phần cấu tạo của mẫu, cấu trúc tinh thể và những đặc tính khác như tính dẫn điện, mật độ,…
- Phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua: TEM (Transmission Electron Microscopy). Kính hiển vi điện tử truyền qua là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc vật rắn, sử dụng chùm tia điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn (có thể tới hàng triệu lần), ảnh có thể tạo ra trên màng hình quang, hay trên film quang học, hay ghi nhận bằng các máy chụp kỹ thuật số.
