Gli organismi viventi sono costituiti da cellule delle dimensioni medie di 10μm. Comunque, le parti costituenti delle cellule sono molto più piccole e nell'ordine di grandezza del sub-micron. Addirittura più piccole sono le proteine, con una dimensione tipica di appena 5nm, che è comparabile con le dimensioni delle più piccole nanoparticelle artificiali. Questo paragone delle grandezze dà un'idea delle dimensioni delle nanoparticelle che si usano come sonde piccolissime e che ci potrebbero permettere di osservare gli organelli cellulari senza arrecare interferenze 202 . La comprensione dei processi biologici a livello nanometrico è un punto chiave prima dello sviluppo delle nanotecnologie 203 . Non tenendo conto delle proprietà fisiche dimensione-dipendenti che sono già disponibili grazie agli studi incentrati al lato pratico dei nanomateriali, gli effetti ottici 204 e magnetici 205 sono attualmente i più usati nelle applicazioni biologiche.Le nanoparticelle di solito formano il cuore dei nano-biomateriali.Possono essere usate come una superficie adatta all'assemblaggio molecolare e possono essere costituite da materiali inorganici o polimerici. Possono anche essere sotto forma di nano-vescicole circondate da una membrana od un rivestimento. La forma è molto più spesso sferica che cilindrica, e sono disposte a formare lastre od altre forme. La dimensione e la distribuzione della dimensione può essere importante in qualche caso, per esempio se è richiesta la penetrazione di una membrana cellulare attraverso un poro; queste caratteristiche stanno diventando fondamentali da quando gli effetti sulla grandezza della dimensione sono usati per controllare le proprietà dei materiali 206 .La superficie naturale dell'osso contiene molto sovente delle striature che sono larghe circa 100 nm. Se la superficie di un impianto è lasciata liscia, l'organismo cerca di rigettarla. A causa di questa superficie liscia, è probabile che attorno all'impianto si abbia la produzione di tessuto fibroso. Questo strato riduce il contatto osso-impianto e può dare origine alla perdita dell'impianto ed a successive infiammazioni. È stato dimostrato che, facendo delle striature nanometriche sulla superficie laterale di una protesi di ginocchio, si può ridurre la possibilità di rigetto e favorire la produzione di osteoblasti. Un osso naturale è un materiale nanocomposito, formato di cristalli di idrossiapatite in una matrice organica, per lo più formata da collagene. Grazie a ciò l'osso è meccanicamente resistente e, allo stesso tempo, plastico: in questo modo può recuperare da una lesione meccanica 207 .