表面與界面效應的主要原因是由于納米微粒的直徑減小，導致表面原子的數量增多。當納米微粒的尺寸與光波的波長、傳導電子的德布羅意波長以及超導態的相干長度、透射深度等物理特征尺寸相當或更小時，小尺寸效應就會顯現出來。小尺寸效應破壞了納米微粒的周期性邊界，從而導致了聲、光、電、磁以及熱力學等性能呈現出新奇的現象。

當粒子的尺寸達到納米量級時，量子尺寸效應也會發生。在這種情況下，費米能級附近的電子能級會從連續態分裂成分立能級。如果能級間距大于熱能、磁能、靜電能、靜磁能、光子能或超導態的凝聚能，納米材料就會表現出量子效應，從而改變了其磁、光、聲、熱、電以及超導電性能。

此外，宏觀量子隧道效應也是納米粒子的一個重要特性。微觀粒子具有穿過勢壘的能力，這被稱為隧道效應。納米粒子的磁化強度等也受到隧道效應的影響，它們可以穿越宏觀系統的勢壘并產生變化，這被稱為納米粒子的宏觀量子隧道效應。