عمیق‌تر از مقیاس نانوتکنولوژی، یعنی مقیاس آنگستروتکنولوژی، و تجزیه و تحلیل ماده/مواد در مقیاس‌های الکترونیکی و یونی، درک جدید و در نتیجه کاربردهای جدید را شکوفا خواهد کرد. ظهور مواد هوشمند/عملکردی در واقع این دیدگاه را در مورد توجه عمیق تر به حرکت الکترون ها و یون ها و توسعه درک جدیدتر و در نتیجه کاربردهای جدید مواد ضروری می کند. رفتار مواد در نتیجه تغییر در حرکت الکترون ها، که ذاتاً به پیوند بین اتمی بستگی دارد، متفاوت است. اتم ها مسکن و محل سکونت الکترون ها را فراهم می کنند و در اثر برهم کنش با یکدیگر، پیوند بین اتمی شکل می گیرد. برای مثال، دریایی از الکترون‌ها پیوند فلزی را تشکیل می‌دهند و الکترون‌های آزاد را برای سهولت رسانایی الکترونیکی فراهم می‌کنند، در حالی که اشتراک الکترون‌ها پیوند کووالانسی را تشکیل می‌دهد، که در آن الکترون‌ها از حرکت آزاد متصل می‌شوند و بنابراین خواص دی‌الکتریک/عایق ظاهر می‌شوند، مانند در الکترو سرامیک. افزودن اندک نانومواد مانند گرافن به برخی از پلیمرها نانومواد زیستی را تولید می کند که دارای رسانایی کافی برای کاربردهای زیست پزشکی مانند مهندسی بافت و پزشکی احیا کننده هستند. خواص الکترونیکی نانومواد زیستی نیز به حرکت الکترون ها مرتبط است که در نهایت رفتار آنها را تعیین می کند. نیازی به گفتن نیست که چگالی الکترون ها و/یا یون های دخیل در خواص/کاربردها از اهمیت بالایی برخوردار است. جنبه های زیر در رابطه با جنبه های علمی و مهندسی مواد پیشرفته مورد توجه ویژه است:

(۱) مواد الکترونیکی؛ همه انواع مواد با این دیدگاه که چگونه حرکات الکترون نقش مهمی در به تصویر کشیدن خواص نهایی دارند، از نیمه هادی ها تا مواد نوری الکترونیکی.

(۲) مواد یونی. هر نوع ماده ای که خواص آن به شکل گیری و حرکت یون ها بستگی دارد.

(۳) مواد الکترونیکی/یونی؛ چگونه ترکیب الکترون ها و یون ها و حرکت آنها خواص نهایی را تعیین می کند.

(۴) مواد مغناطیسی؛ نقش الکترون ها در تولید و حفظ مغناطیس در مواد مختلف.

(۵) مواد بیولوژیکی؛ انتقال و پیکربندی الکترونیکی در سطح زیراتمی که هر جنبه ای از رفتار سلول ها را ارائه می دهد.

(۶) شبیه سازی های مربوط به طراحی چند مقیاسی و خصوصیات مواد برای هر کاربرد هنوز کشف نشده.