پديده‌ها در مقياس نانو براي علوم زمين مهم و بي نظيرند. کارهاي تحقيقاتي اخير نشان مي دهد بسياري از نتايج و روشهاي فرايندهاي ژئوشيميايي بر مبناي پديده‌هاي در مقياس نانومتر در ذرات است. نيروهاي سطحي، تاثير نامتناسب و غير يکنواختي روي ساختار شيمي و تحرک اين نانو ذرات در کره زمين دارند. در بسياري حالات تفاوتهاي اساسي بين مواد حل شده،کلوئيدها و جامدات وجود دارد. دانش نانو زمين به طور عام، شامل مطالعه مواد و فرايندها در حد نانو، که نقش آنها در فرايندهاي زمين شناسي در کره زمين و ديگر سيارات موثر است، تعريف مي شود. جامعه علوم زمين براي پيشبرد اهداف خود نيازمند همسويي با موج سريع انقلاب نانوفناوري است. تحقيقات نانو تأثير قابل توجهي بر روي فرايندهاي شيميايي و زمين‌شناسي در ترازهاي کم‌عمق زمين گذاشته زيرا اين پديده ها اساسا مولکولي هستند. فرايندهاي نانومقياس محوراصلي درک ما از نحوه شکل‌گيري خاک، چرخه جهاني عناصر، بهره‌مندي از اقيانوسها، حفاظت زيست‌محيطي و بيوژئوشيمي است. دانش زمين ترکيبي از مشاهدات صحرايي، فعاليت آزمايشگاهي و تلفيق اين اطلاعات در يک مدل مي‌باشد.

نانوکاني شناسي (شکل‌گيري، ساختار، و واکنش پذيري سيستم هاي نانو ذره‌اي طبيعي)، ثبات و پايداري نانو ذرات (ترموديناميک، کينتيک تشکيل،آگرگاسيون)، جابجايي و ژئوشيمي نانو ذرات (آئروسل، جابجايي فازهاي مايع، چرخه انواعي از نانو ذرات که از خشکي ها به اقيانوسها در چرخه ژئوشيمي نقش دارند)، واکنشهاي زيستي- آلي و نانو ذرات و اندرکنشهاي حاصله گاه به صورت ته نشست اکسيد هاي فلزي در برگرفته توسط ميکرو ارگانيسم ها مثالهايي از كاربرد نانوفناوري در مباحث مختلف علوم زمين هستند.