當納米顆粒的尺寸等於或小於光波的波長、導電電子的德布羅意波長、超導態的相干長度和透射深度時，其周期性邊界被破壞，從而使其聲、光、電、磁，熱力學等學科，磁性和熱力學性質顯示出一種「新」現象。隨著粒徑的定量變化，在一定條件下會引起顆粒性質的質的變化。
粒徑減小引起的宏觀物理性質的變化稱為小尺寸效應。對於超細顆粒，其粒徑減小，比表面積顯著增大，從而產生以下特性：
1、特殊光學性質所有金屬在超細粒子狀態下呈黑色。尺寸越小，顏色越黑。銀白色的鉑(鉑)變成了鉑黑，金屬鉻變成了鉻黑。可以看出，金屬超細顆粒對光的反射率很低，通常小於1%，厚度在幾微米左右，可以完全消光。利用這一特性，可以生產出高效的光熱、光電轉換材料，將太陽能高效地轉化為熱能和電能。此外，它還可用於紅外敏感元件和紅外隱身技術。
2、具有特殊熱性能的固體材料，當其形態較大時，其熔點是固定的。但發現當粒徑小於10nm時，熔點會顯著降低。超細顆粒的熔點下降對粉末冶金工業具有重要的吸引力。
3、在對納米材料的特殊磁性研究中，科學家們發現生活在水中的鴿子、海豚、蝴蝶、蜜蜂和趨磁細菌等生物體內都含有超細的磁性粒子，這使得這些生物能夠在地磁場的指引下辨別方向，並具有回歸能力。
4、納米材料在室溫下可以大幅度彎曲而不斷裂的特殊力學性能。研究表明，人類牙齒具有高強度，因為它們是由納米材料如磷酸鈣製成的。含有納米顆粒的金屬硬度是粗晶粒金屬的3-5倍。金屬-陶瓷複合納米材料可以在更大範圍內改變材料的力學性能，其應用前景十分廣闊。小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應和介電約束是納米顆粒和納米固體的基本特徵。這些影響導致納米材料在熔點、蒸汽壓、光學性能等方面具有特殊的物理化學性質。