根據量子力學，電子除了具粒子(particle)性質，也具波(wave)性質。雖然電子在微米世界仍具波性質，但因太小而無法顯現波特徵。到了奈米尺度，電子的波性質就不能忽視。
若在電極與電極中插入絕緣體，讓電流流過，情況會如何呢？如果電子純為粒子，那麼電子應該無法穿過絕緣體牆。實際上，電流卻不斷流動，如果把電子想像成「波」，電子從絕緣體牆滲出，電子就能穿過絕緣體牆。這個現象稱作「穿隧效應」(tunnel effect)。
另外進行電子通過雙縫
(double slit)實驗，電子會在所撞擊的縫隙那邊形成波狀干涉條紋
(interference fringe)。如果電子純為粒子，將不會得到這樣的結果，電子具波性質才會得到這樣的結果。
除此之外，奈米世界還會發生許多看起來不可思議的現象。相反地，利用這些不可思議的現象，也可製造出具新功能的裝置等。例如，利用穿隧效應，可以開發穿隧二極體(tunnel diode)、穿隧式顯微鏡(tunnel microscope)等。
看看「奈米」世界
原子可以這樣觀察
如今利用掃描穿隧式顯微鏡與電子顯微鏡觀測並操作分子、原子等奈米尺度的物質成為可能，掃描穿隧式顯微鏡係利用電拋光(electro
polishing)方法，把鎢(W.tungsten)、鉑(Pt, platinum)等既堅硬又安定的金屬尖端磨利，讓磨利的探針(probe)接近、掃描想要測量的樣本(sample)。探針距離樣本數奈米以下時，因穿隧效應，使得穿隧電流由樣本流到探針。穿隧電流會因探釘與樣本微妙的距離而發生巨大變化，記錄穿隧電流的變化，或令探針上下移動，使穿隧電流恆定，就能偵測出樣本的凹凸情形，再將凹凸情形影像化。
掃描穿隧式顯微鏡用來觀測導電樣本，樣本若不具導電性，則要使用「利用探針與樣本間所生原子間力[interatomic
force，即凡得瓦力(van der Waals force)]」的原子間力顯微鏡(AFM, atomic force microscope)。這兩種顯微鏡以及利用這些原理的顯微鏡，統稱為「掃描探針式顯微鏡」(scanning
probemicroscope)。
為了觀測奈米世界所製造的掃描穿隧式顯微鏡，已知在實驗中偶爾也可利用探針，彈掉原子團塊或讓原子團塊附著。開始時只能操作琛針削去數百個原子的團塊，現任則可將原子一個一個削去，加以排列寫出字來。
操作一個一個原子，係讓掃描穿隧式顯微鏡的探針直接按壓原子，或讓探針接近原子後施加電壓，使探針黏住原子而移動。這時的困難點在於原子會轉動，必須利用液態氦等降溫以固定原子，並根據原子種類適切施加電壓。電壓如果太高，原子會彈掉、蒸發消失。這種探針與原子的施與受情形可以透過電子題微鏡監看。
東京工業大學高柳邦夫教授表示︰「數年後，掃描穿隧式顯微鏡的探針可能不只1根，可能會2根、3根地增加。那麼一來，將可進行更高度的操作。數十年後如果奈米機器因奈米技術的發展而問世，那時將可看到原子操作技術以今天無法相比的情況突飛猛進。」