Wichtige Bereiche im Energiesektor, in denen nanotechnologische Verfahren angewendet werden, sind die Herstellung von Solarzellen sowie die Erzeugung und Speicherung von Wasserstoff. Die Vorteile von Solarzellen oder Wasserstoff bei der Energiegewinnung liegen vor allem in ihrer Umweltfreundlichkeit.

Das Problem herkömmlicher Solarzellen besteht darin, dass ihre Herstellung sehr aufwändig und kostenintensiv ist. Durch die  Verwendung von NanomaterialienObjekte, Verbunde oder Strukturen mit Abmessungen von 1-100 Nanometern in mindestens einer Dimension., können solche Solarzellen bedeutend kostengünstiger produziert werden. Damit wird Solarstrom markt- und konkurrenzfähiger.

Bei der Wasserstofferzeugung besteht das Problem darin, dass die herkömmlichen Herstellungsverfahren umweltbelastend sind, da sie von der Verbrennung fossiler Brennstoffe abhängen. Auch hier dürften die Nanotechnologien zukünftig dazu beitragen, die bestehenden Probleme zu lösen. In Zukunft kann man zur Wasserstoffherstellung eine photochemische Zelle verwenden: Dabei werden NanoteilchenTeilchen, die in allen Dimensionen 1-100 Nanometer gross sind. durch Licht angeregt und geben Elektronen ab. Die Elektronen fliessen durch eine Wasserschicht und reagieren mit dem Wasser; hierdurch entsteht Wasserstoff.