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.早期曾用来解释纳米镍粒子在低温继续保持超顺磁性.近年来人们发现Fe－Ni薄膜中畴壁运动速度在低于某一临界温度时基本上与温度无关.于是,有人提出量子理想的零点震动可以在低温起着类似热起伏的效应.从而使零温度附近微颗粒磁化矢量的重取向,保持有限的驰豫时间,即在绝对零度仍然存在非零的磁化反转率.宏观量子隧道效应的研究对基础研究及实用都有着重要的意义,它限定了磁带、磁盘进行信息贮存的时间极限.量子尺寸效应,隧道效应将会是未来电子器件的基础,或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限.当电子器件进一步细微化时,必须要考虑上述的量子效应.
上述的量子尺寸效应、表面效应、小尺寸效应及量子隧道效应都是纳米微粒与纳米固体的基本特性.除此之外,纳米材料还有在此基础上的介电限域效应、表面缺陷、量子隧穿等.这些特性使纳米微粒和纳米固体表现出许多奇异的物理、化学性质,出现一些“反常现象”.例如金属为导体,在低温时纳米金属微粒由于量子尺寸效应会呈现电绝缘性；一般PbTiO3,BaTiO3和SrTiO3等是典型铁电体,但当其尺寸进入纳米数量级就会变成顺电体；铁磁性的物质进入纳米尺度（～5nm）时,由多畴变成单畴,于是显示极强顺磁效应；当粒径为十几纳米的氮化硅微粒组成了纳米陶瓷时,已不具有典型共价键特征,界面键结构出现部分极性,在交流电下电阻很小；化学惰性极高的金属铂制成纳米粒子（铂黑）后,却成为活性极好的催化剂；金属由于光反射现象呈现出各种美丽的颜色,而金属的纳米粒子光反射能力显著降低,通常可低于1％,由于小尺寸和表面效应使纳米粒子对光吸收表现极强能力；由纳米粒子组成的纳米固体在较宽谱范围显示出对光的均匀吸收性,纳米复合多层膜在7～17GHz频率的吸收峰高达14dB,在10dB水平的吸收频宽为2GHz；颗粒为6nm的纳米Fe晶体的断裂强度较之多晶Fe提高12倍；纳米Cu晶体自扩散是传统晶体的1016至1019倍,是晶界扩散的103倍；纳米金属Cu的比热是传统纯Cu的两倍；纳米固体Pd热膨胀提高一倍；纳米Ag晶体作为稀释致冷机的热交换器效率较传统材料高30％；纳米磁性金属的磁化率是普通金属的20倍,而饱和磁矩是普通金属的1/2.