表面效应是指微粉的粒径越小，其总表面积越大；表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大。如当粒径为10nm(总原子数为3×10)时，表面原子数/总原子数=0.20；而当粒度减小到lnm(总原子数为30)时，这一比值急剧上升到0.991表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同，具有很大的活性；晶粒的微粒化随着这种活性的表面原子增多，使其表面能也大大增加。
体积效应主要表现在两个方面：一是物质体积的缩小虽不会引起物质物性基本参量的变化，但会使那些与体积有关的物性发生变化，如磁体的磁畴变小，半导体中电子的自由路程变短，等等；二是物质一般具有由无限个原子组成的物质属性，而纳米粒子则表现出有限个原子集合体的特性。
晶体周期性的边界条件遭破坏，颗粒表面层附近原子密度减小，从而导致声、光、电磁、热力学等特性呈现新的小尺寸效应。主要表现为四大特点：尺寸小、比表面积大、表面能高、表面原子比例大。可以分为特殊的光学性质，热学性质，磁学性质，力学性质，电学性质等。
随着纳米科技的迅速发展，纳米材料的应用越来越广泛，人类及动植物与纳米材料的接触已经不可避免。纳米粒子尺寸小、比表面积大、表面态丰富、化学活性高，具有许多块体及普通粉末所没有的特殊性质，许多在普通条件没有生物毒性的物质，在纳米尺寸下却表现出很强的生物毒性。因此纳米材料的安全性研究备受各国政府和科学家们的关注。然而尽管纳米材料的种类和应用范围都在迅速增加，人们对纳米材料的生物安全性的深入研究却还显得十分缺乏。
现在国内外很多课题组研究了包括富勒烯、单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、金、氧化铁、氧化铝、氧化锌、二氧化钛、二氧化硅、硫化锌、硒化锌等在内的多种典型的碳基纳米材料、金属及其氧化物纳米材料和半导体（绝缘体）纳米材料的生物安全性。从纳米生物安全性研究所涉及的纳米粒子种类来看，常见的重要纳米材料多数都有涉及。纳米粒子生物毒性的表现方式主要有组织器官形态和功能的改变、生长发育迟缓、细胞形态改变、染色体损伤、细胞分裂异常、细胞死亡（凋亡）等。从已有的研究来看，纳米粒子的毒性与其尺寸、形貌、表面修饰、浓度、制备方法及作用时间等均有密切关系，一般而言纳米粒子的尺寸越小、浓度越高、作用时间越长，则其毒性也越大。纳米粒子的生物毒性也与细胞类型有关，同一种纳米粒子对不同细胞的毒性强弱也不相同，此外还与生物或细胞染毒途径和方式有关。纳米粒子生物毒性的机理目前还不十分清楚，氧化损伤是纳米材料引起毒性的可能途径，细胞凋亡可能依赖线粒体途径。在纳米材料的生物安全性评价方面，目前还缺乏完善的评价方法及相应的指标体系。
目前纳米材料的生物安全性研究总体来说还处于起步阶段，大部分工作主要集中在现象观察和资料收集方面，对纳米材料生物毒性的机理的深入研究还亟待加强。特别是对那些在生物调控、疾病诊断与治疗、生物标记等领域有重要应用前景的纳米材料，要想使其真正进入实用领域，就必须对其生物安全性进行全面深入的研究和评价，而这方面的工作尤其显得薄弱。本文对目前纳米材料生物安全性研究中存在的困难和问题也进行了分析，并对纳米材料生物安全性研究的未来发展进行了展望。
纳米生物材料，具有生物兼容性、可生物降解、药物缓释和药物靶向传递等良好特性已在药物治疗方面取得了很大成功。药物纳米载体具有高度靶向、药物控制释放、提高难溶药物的溶解率和吸收率优点，提高药物疗效和降低毒副作用。纳米颗粒作为基因载体具有一些显著的优点：纳米颗粒能包裹、浓缩、保护核苷酸，使其免遭核酸酶的降解；比表面积大，具有生物亲和性，易于在其表面耦联特异性的靶向分子，实现基因治疗的特异性；在循环系统中的循环时间较普通颗粒明显延长，在一定时间内不会象普通颗粒那样迅速地被吞噬细胞清除；让核苷酸缓慢释放，有效地延长作用时间，并维持有效的产物浓度，提高转染效率和转染产物的生物利用度；代谢产物少、副作用小、无免疫排斥反应等。
