這是指隨著顆粒直徑變小，顆粒表面原子數與原子總數之比急劇增加，從而引起納米晶體顆粒性質的變化。例如，當粒子直徑為 10 納米時，粒子含有 4000 個原子，表面原子占 40%；當粒子直徑為 1 納米時，粒子含有 30 個原子，表面原子占 99%。其主要原因是直徑的減小和表面原子數的增加。再比如，直徑分別為 10 納米和 5 納米的粒子的比表面積分別為 90 平方米/克和 180 平方米/克。如此高的比表面積會導致壹些極為奇特的現象，如金屬納米粒子在空氣中燃燒、無機納米粒子吸附氣體等。
（2）小尺寸效應
當納米粒子的尺寸與光波的波長、傳導電子的德布羅格利波長以及超導狀態下的相幹長度、透射深度等物理特性的尺寸相當或更小時，它的周期性邊界就會被破壞，從而使其聲、光、電、磁、熱力學等特性呈現出 "新奇 "現象。例如，當銅粒子達到納米級時，就會變得不導電；絕緣的二氧化矽粒子在 20 納米時就開始導電。例如，聚合物和納米材料制成的刀具比黃金和鋼鐵制成的刀具更堅硬。利用這些特性，太陽能可以有效地轉化為熱能、電能，此外還可以實現紅外敏感元件、紅外隱身技術等。
（3）量子尺寸效應
當粒子的尺寸達到納米級時，費米能級附近的電子能級由連續態分裂為離散能級。當能級間距大於超導態的熱、磁、靜電、靜磁、光子或凝聚能時，納米材料就會產生量子效應，導致其磁、光、聲、熱、電和超導特性發生變化。例如，有壹種金屬納米粒子對光的吸收能力非常強，只要將這種粒子的千分之壹放入 1.1365 千克水中，水就會變得完全不透明。
（4）宏觀量子隧道效應
微觀粒子穿透勢壘的能力被稱為隧道效應。磁化強度等納米粒子也具有隧道效應，它們能穿過宏觀系統的勢壘並產生變化，這被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。