纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下（纵向没有限制）的一维结构。悬置纳米线指纳米线在真空条件下末端被固定。典型的纳米线的纵横比在1000以上，因此它们通常被称为一维材料。

通常情况下，随着尺寸的减小，纳米线会体现出比大块材料更好的机械性能。强度变强，韧度变好。

伴随着机械性能的显著变化，纳米线的电学性能也相对于体材料有着明显的变化。纳米线的导电性预期将远远小于体材料。其原因是当纳米线的横截面尺寸小于体材料的平均自由程的时候，载流子在边界上的散射效应将会突显出来。电阻率将会收到边界效应的严重影响。纳米线的表面原子并不像在体材料中的原子一样能够被充分的键合，这些没有被充分键合的表面原子则常常成为纳米线中缺陷的来源，从而使得电子不能顺利地通过，使得纳米线的导电能力低于体材料。

纳米线的导电性预期将大大小于大块材料。这主要是由以下原因引起的。第一，当线宽小于大块材料自由电子平均自由程的时候，载流子在边界上的散射现象将会显现。例如，铜的平均自由程为40nm。对于宽度小于40nm的铜纳米线来说，平均自由程将缩短为线宽。

同时，因为尺度的原因，纳米线还会体现其他特殊性质。在碳纳米管中，电子的运动遵循弹道输运（意味着电子可以自由的从一个电极穿行到另一个）的原则。而在纳米线中，电阻率受到边界效应的严重影响。这些边界效应来自于纳米线表面的原子，这些原子并没有像那些在大块材料中的那些原子一样被充分键合。这些没有被键合的原子通常是纳米线中缺陷的来源，使纳米线的导电能力低于整体材料。随着纳米线尺寸的减小，表面原子的数目相对整体原子的数目增多，因而边界效应更加明显。

更进一步，电导率会经历能量的量子化：例如，通过纳米线的电子能量只会具有有离散值乘以朗道常数G =（这里 e是电子电量，h是普朗克常数）。电导率由此被表示成通过不同量子能级通道的输运量的总和。线越细，能够通过电子的通道数目越少。把纳米线连在电极之间，科学家可以研究纳米线的电导率。通过在拉伸时测量纳米线的电导率，科学家发现：当纳米线长度缩短时，它的电导率也以阶梯的形式随之缩短，每阶之间相差一个朗道常数G。

因为低电子浓度和低等效质量，这种电导率的量子化在半导体中比在金属中更加明显。量子化的电导率可以在25nm的硅鳍中观测到（Tilke et. al.， 2003），导致阀电压的升高。

量子束缚原理：电子在纳米线中，横向受到量子束缚，能级不连续。这种量子束缚的特性在一些纳米线中表现为非连续的电阻值。这一种分立值是由纳米尺度下量子效应对通过纳米线电子数的限制引起的。这些孤立值通常被称为电阻量子化。作为纳米技术的一个重要组成部分，纳米线具备很多在大块或三维物体中没有发现的性质。

纳米线可以有多种形态。有时它们以非晶体的顺序出现，如五边对称或螺旋态。电子会在五边形管和螺旋管中蜿蜒而行。

这种晶体顺序的缺乏是由于纳米管仅在一个维度（轴向）上体现周期性，而在其它维度上可以以能量法则产生任何次序。例如，在一些个例中，纳米线可以显示五重对称性，这种对称性无法在自然界中观测到，却可以在少量原子促成的簇中发现。这种五重对称性相当于原子簇的二十重对称性：二十面体是一簇原子的低能量态，但是由于二十面体不能在各个方向上无限重复并充满整个空间，这种次序没有在晶体中观测到。

根据组成材料的不同，纳米线可分为不同的类型，包括金属纳米线（如：Ni，Pt，Au等），半导体纳米线（如：InP，Si，GaN 等）和绝缘体纳米线（如：SiO2，TiO2等）。分子纳米线由重复的分子元组成，可以是有机的（如：DNA）或者是无机的（如：Mo6S9-xIx）。

纳米线的制备有被悬置法、沉积法、元素合成法等。

被悬置法：指纳米线在真空条件下末端被固定。悬置纳米线可以通过对粗线的化学刻蚀得来，也可以用高能粒子轰击粗线产生。

沉积法：指纳米线被沉积在其他物质的表面上，例如它可以是一条覆盖在绝缘体表面上的轴向线。

元素合成法：这种技术采用激光融化的粒子或者一种原料气硅烷作原材料，然后把原材料暴露在一种催化剂中。对纳米线来说，最好的催化材料是液体金属的纳米簇。原材料进入到这些纳米簇中并充盈其中，一旦达到了超饱和，源材料将固化，并从纳米簇上向外生长。最终产品的长度可由原材料的供应时间来控制。具有交替原子的超级网格结构的化合物纳米线可以通过在生长过程中交替原材料供应来实现。

另一种方式产生纳米线是通过STM的尖端来刻处于熔点附近的金属。这种方法可以形象地比作“用叉子在披萨饼上的奶酪上划线”。

在电子，光电子和纳电子机械器械中，纳米线有可能起到很重要的作用。它同时还可以作为合成物中的添加物、量子器械中的连线、场发射器和生物分子纳米感应器。

截至2014年，纳米线仍然处于试验阶段。不过，一些早期的实验显示它们可以被用于下一代的计算设备。为了制造有效电子元素，第一个重要的步骤是用化学的方法对纳米线掺杂。这已经被实现在纳米线上来制作P型和N型半导体。下一步是找出制作PN结这种最简单的电子器械的方法。这可用两种方法来实现。第一种是物理方法：把一条P型线放到一条N型线之上。第二种方法是化学的：沿一条线掺不同的杂质。再下一步是建逻辑门。依靠简单的把几个PN节连到一起，研究者创造出了所有基础逻辑电路：与、或、非门都已经可以由纳米线交叉来实现。纳米线交叉可能对数字计算的将来很重要。

纳米线能够将太阳光自然聚集到晶体中一个非常小的区域，聚光能力是普通光照强度的15倍。由于纳米线晶体的直径小于入射太阳光的波长，可以引起纳米线晶体内部以及周围光强的共振。该研究的参与者、刚刚获得尼尔斯·波尔研究所博士学位的彼得·克洛格斯特拉普解释说，通过共振散发出的光子更加集中（太阳能的转换正是在散发光子的过程中实现的），这有助于提高太阳能的转换效率，从而使得基于纳米线的太阳能电池技术得到真正的提升。

典型的太阳能转换效率极限，也就是所谓的肖克利·奎伊瑟效率极限（Shockley-Queisser Limit），一直是太阳能电池效率的瓶颈，纳米线可能使这一转换效率极限提高几个百分点，对太阳能电池的发展、基于纳米线的太阳能的利用以及全球的能源开发等产生重大影响。

研究人员把肉眼不可见的纳米线构建成纳米“树”，研究人员将纳米“树”电极浸没在水中，然后利用模拟的太阳光进行照射，并测量电量的输出。结果表明，这种垂直分支结构不仅能够捕获大量太阳能，同时也能最大限度地提高氢气产量。因为在平面结构，气泡必须很大才能浮出水面，而垂直结构可以很快地提取非常小的氢气泡。研究人员表示，这种垂直分支结构可以为化学反应提供比平面结构高40万倍的表面积。 研究人员还有更为远大的目标，他们的眼睛盯在了人工光合作用。在自然界的光合作用中，植物不仅吸收阳光，还吸收二氧化碳和水，产生碳水化合物供其自身生长。研究人员希望有一天能够模仿这一过程，利用纳米“森林”来吸收大气中的二氧化碳。

2013年1月，英国科学家研制出一种玻璃（二氧化硅）纳米纤维，比头发细千倍却比钢坚硬15倍，堪称世界上最高强度、最轻的“纳米线”。从历史上看，碳纳米管是最强的物质，但其高强度只能在仅几微米长的样品中测量到，实用价值不大。

相比之下，二氧化硅纳米线比高强度钢硬15倍，比传统的强化玻璃钢强10倍。人们可以减少材料使用量，从而减轻物体的重量。生产纳米线的硅和氧在地壳层是最常见的可持续和廉价利用的元素。此外，可以生产吨级二氧化硅纳米纤维，用于光学纤维电力网络。特别具有挑战性的是如何处理如此之小的纤维，它们比人的头发细近千倍。事实上，当它们变得非常非常小时，其行为便出现完全不同的方式，不再像玻璃那样易碎和破裂，而是如塑料般柔软，这意味着它们具有可以被抻拉的韧性。该研究结果可用来改造航空、航海和安全等行业。

科学家在微电池制造方面迈出了重要的一步，他们研发出一种微电池，这种电池里有着垂直排列的镍—锡纳米线，这些纳米线外面均匀地包裹着一种叫做PMMA的多聚体材料，也就是人们俗称的有机玻璃。PMMA的主要作用是绝缘，当电流通过时，它能保护里面的纳米线不受反电极的影响。这种电池比普通的锂电池充电时间更短，其他性能也更为出色。