纳米微粒与纳米固体展现出一系列独特的宏观量子效应，包括量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应以及量子隧道效应。这些效应源自纳米材料的特殊结构，如介电限域效应、表面缺陷等，它们导致纳米材料表现出与传统材料截然不同的性质。例如，金属纳米粒子在低温下可能表现出绝缘性，而非导电；典型铁电体在纳米尺寸下可能转变为顺电体；铁磁性物质在纳米尺度下可能变为极强顺磁体；氮化硅纳米陶瓷表现出非共价键特征和极化界面；铂纳米粒子成为高效的催化剂；金属纳米粒子的光反射能力显著降低，吸收光的能力增强；纳米固体在宽谱范围内的光吸收表现出均匀性，纳米复合多层膜在特定频率范围内的吸收性能优异；纳米材料的力学性能也显著提高，如纳米Fe晶体的断裂强度提升明显；热学性质如比热和热膨胀系数也会发生变化；纳米Ag晶体的热交换效率和纳米磁性金属的磁化率和饱和磁矩均有显著提升。这些奇异的物理和化学特性，使得纳米材料在许多领域展现出前所未有的性能优势。
宏观量子隧道效应是基本的量子现象之一，即当微观粒子的总能量小于势垒高度时，该粒子仍能穿越这一势垒。近年来，人们发现一些宏观量，例如微颗粒的磁化强度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效应，称为宏观的量子隧道效应。