由于在大宗材料中只需添加少量纳米材料就可明显改变其光、磁、电性质，并形成具有各向异性的结构，纳米材料因而成为制造
传感器的优良材料，而且有加强图像对比度的作用。
利用很多纳米材料具备的各向异性，可以使材料渗滤作用具有很强的方向性，因而能在不同方向上观察到差异很大的电学性质和力学性质。这类纳米材料与智能液体相结合，可以做成对温度、压力和井下应力极为敏感的传感器。这种传感器最大的应用价值在于，无需接触就可获得所需要的参数（温度、压力、应力），而且利用纳米颗粒独有的光学特征表现（光吸收及荧光），无需对信号进行放大。
同样，利用先进的磁探测器、分光探测器及改进的电脑，纳米颗粒可以在成像过程中成为明显的标识。经过化学改性处理的纳米颗粒集合成不同的流体域或孔洞，通过实时监测油藏和其中流体的流动状态，就能有效提高波及效率，提高油气采收率。而且，这种先进探测器的纳米颗粒用量很少，用于开发测试小井眼的仪器和方法，可最大限度地缩小钻井占地，降低钻探成本。
另外，纳米材料可以制做面积大、重量轻而且牢固的纳米膜，新一代的纳米膜可用于分离重油中的金属杂质和致密地层天然气中的杂质。利用微电子工业中的常规技术，制造高度均一可再生重复使用的纳米膜的成本在市场上具有竞争力。这类纳米膜可用于脱除杂质、分离气流，提高天然气合成油的产量。
纳米材料、纳米成像和纳米膜在油气工业炼制加工方面大有用场。人们关心的是，纳米颗粒对人的健康、对环境的影响，以及在生产中大量应用纳米材料的成本。另外，对纳米颗粒的解析和性质进行定量研究的工具还有待于开发。这些都是科技界正在研究而且今后几年仍要继续研究的问题。从长期看，纳米技术将有助于石油炼制、钻井与环境问题的综合解决。