واکنش های شیمیایی برای سنتز مواد نانو را می توان در فاز جامد , مایع یا گاز انجام داد. مرسوم ترین روش سنتز در فاز جامد , نزدیک کردن ذرات مواد اولیه (از قبیل اکسیدها یا کربنات های فلزات) تا حد ممکن توسط آسیاب کردن و مخلوط کردن آنهاست. سپس مخلوط به دست آمده را در دماهای بالا عملیات حرارتی می کنند تا حرکت و دیفوزیون (نفوذ) اتم ها و یون ها در واکنش های شیمیایی به آسانی صورت پذیرد. دیفوزن اتم ها به درجه حرارت واکنش و تماس مرزدانه ها وابسته است. نقل و انتقالات از طریق مرزدانه ها و نیز از ناخالص ها و عیوب موجود در مرزدانه ها , تاثیر می پذیرند. مخلوط کردن و آسیاب کردن معمولا در فواصل فرایند عملیات حرارتی به طور متناوب تکرار می شود و نقش مهمی را در مخلوط کردن مواد نانو و نیز تهیه سطوح تمیز و مناسب برای انجام واکنش های بعدی باز می کند. در سیستم هایی که عوامل ممانعتی در برابر رشد دانه ها وجود ندارد (مثل سیستم هایی که فاقد ممانعت کننده های رشد دانه هستند و یا کامپوزیت های غیر قابل امتزاج) , رشد دانه ها در دماهای بالا باعث تولید ماده جامدی با اندازه دانه های بزرگ می گردد.