나노조작기는 원자와 분자의 정확한 조종을 실현하는데 핵심은 특수한 물리효과와 정밀한 통제기술을 빌어 거시적조작의 한계를 돌파하고 나노척도 심지어 원자척도까지 깊이 들어가 작업을 진행하는데 있다.그 관건적인 원리는 원자간의 상호작용력, 례를 들면 범덕화력, 정전력 등 및 선진적인 탐측과 피드백메커니즘을 리용하여 매 한걸음의 조작이 정확하고 틀림이 없도록 확보하는것이다.​

세부 기술로는 터널 현미경(STM) 스캔 기술이 중요한 수단 중 하나다.STM의 바늘 끝은 매우 날카로우며 몇 개 또는 한 개의 원자로만 구성되어 있습니다.바늘 끝이 조작된 원자나 분자 표면과 거리가 매우 가까울 때 (일반적으로 나노미터급) 터널 전류가 발생한다.바늘끝과 샘플 표면의 거리를 정확하게 제어함으로써 바늘끝과 원자 사이의 판더화력이나 정전기를 이용하여 원자를"잡거나"이동"할 수 있다.예를 들어, 과학자들은 STM 기술을 이용하여 구리 표면에서 제논 원자를 하나씩 이동하여"IBM"이라는 세 글자를 배열하여 원자 수준의 정확한 조작을 직관적으로 보여주었다.​

원자력 현미경 (AFM) 기술은 또 다른 일반적인 방법이다.AFM은 바늘 끝과 시료 표면 원자 간의 상호 작용력을 탐지하여 표면 형태 정보를 얻고 조작을 실현한다.STM과 달리 AFM은 전도성 시료뿐만 아니라 절연 시료에도 사용할 수 있다.조종과정에서 AFM 바늘끝은 원자와 접촉하거나 접근하여 바늘끝의 작용력의 크기와 방향을 통제하여 원자나 분자가 지정된 위치에 도달하도록 추진한다.례를 들면 나노부품을 구축할 때 과학연구일군은 AFM을 리용하여 특정분자를 정확하게 기저에 배치하여 고성능나노전자부품을 제조하는데 기초를 닦아놓았다.​

광핀셋 기술도 중요한 역할을 하고 있다.그것은 레이저빔으로 형성된 경도광장에서 발생하는 복사압력을 리용하여 원자와 분자를 포함한 미소한 립자를 핀셋처럼 포획하고 조종한다.광핀셋은 비접촉식 조종의 장점을 가지고 있어 조종된 대상에 대한 물리적 손상을 피할 수 있다.생물 분야에서 광핀셋은 DNA의 접힘과 스트레칭 과정을 연구하는 등 생물 분자를 정확하게 조작하는 데 사용될 수 있으며, 과학자들이 생명의 신비를 깊이 탐색할 수 있도록 도와준다.​

나노조작기의 원자와 분자에 대한 정확한 조종은 다학과가 교차융합된 성과로서 물리학, 재료과학, 정밀기계공학 등 여러 분야와 관련된다.기술의 부단한 진보에 따라 그것의 조종 정밀도와 효율은 계속 향상될 것이며, 앞으로 양자 컴퓨팅, 신형 재료 제조, 정밀 의료 등 분야에서 더욱 중요한 역할을 발휘하여 인류가 미시 세계를 탐색하고 과학기술 발전을 추진하는데 새로운 길을 개척할 수 있을 것이다.