微纳尺度多相流广泛存在于自然界和实际应用中，如人体和动物体内毛细血管（直径一般为5～15微米）中的红细胞（直径一般为6～8微米）随血浆流动、石油和天然气开采过程中砂岩地层孔隙（直径大多在1～500微米）中的两种非互溶流体的驱替过程等。随着半导体器件制造技术的发展，人们可以制造出微纳尺度的机械、通道、表面等，其中多涉及多相流问题，如喷墨打印机通过微喷嘴将墨水以微滴的形式喷出、微过程工程领域中微反应器内的气-液两相流、用于高能量密度电子芯片冷却的微换热器中的液体相变过程、微流控领域中的微液滴/气泡生成过程、燃料电池的微通道中水的排出过程、具有微纳米结构固体表面上液滴的浸润和运动、含有纳米尺寸颗粒的纳米流体的流动等。当然，研究宏观多相流体力学问题中的微纳尺度细节也属于微纳尺度多相流的范畴。

从宏观尺度到微观尺度的变化过程中，表/界面面积与体积之比增加，增强了表/界面上的传热、传质，也使各种作用力的相对关系发生显著变化，例如黏性力、表/界面力等正比于面积的力相对于重力、离心力、惯性力等正比于体积的力的作用增强。微纳尺度多相流的雷诺数通常很小，流动为层流而不是湍流。层流特征使微纳尺度多相流有高度的可控性，例如在微流控液滴/气泡生成装置中，两相界面在通道交汇处破碎，形成高度单分散性的液滴/气泡。微纳尺度多相流中的分子输运通常依靠扩散而不是对流，例如在借助基于液滴的微流控技术进行的反应或合成可确保化学和物理性质（浓度、pH、温度、剪切力等）的高特异性，从而在单次和多步反应中保证更均匀的反应条件和较高级别的产物，也可增加反应或合成的持续性。此外，微纳尺度多相流通常在空间受限的微纳通道进行，通道壁面对界面的限制作用以及流体的壁面浸润性都是微纳尺度多相流区别于宏观多相流的特点。

微纳尺度多相流的研究通常以多相流体力学为基本出发点，建立多相流模型和基本方程组。以微纳流控为例，微纳流控器件的最重要的功能之一是以流体为介质，实现在高度可控条件下微纳通道中各种物质的操控。如果这些离散相物质的尺寸远小于微纳通道的单个小分子的尺寸，离散相物质在流场中可以被视为分布的质点，并与液体运动一致，这时流动可按照单一流体进行处理。而在很多生化反应和分析中，包含了大量更大尺度的生物大分子、细胞、颗粒、液滴等，它们的尺度在几个纳米（DNA分子）到十微米（人体细胞）量级，其在微纳通道中的运动不能简单地用质点处理方式进行简化，必须考虑其尺寸效应，对各相分别运用单相流体力学模型，还需要考虑相间界面的作用。微纳尺度多相流的研究需要考虑连续介质假设的适用性问题，大量实验表明，微米尺度下连续性假设仍然适用，多相流可以采用纳维-斯托克斯方程组描述。但纳米尺度下连续性假设是否适用尚不清楚，通常可在连续介质假设的基础上引入速度滑移边界条件。

微纳尺度多相流的实验观测方法包括明场显微镜、荧光显微镜、共聚焦显微镜、瞬态磁共振成像、X射线层析显微镜、全内反射传感、红外光谱和电导率显微技术等。微纳通道中的速度场主要通过微尺度粒子图像测速（Micro-PIV）和纳尺度粒子图像测速（Nano-PIV）技术获得。数值模拟方面，在连续性假设使用的范围内，微纳尺度多相流的研究与宏观多相流的处理方法没有本质的区别，通常采用直接追踪或捕捉多相界面的直接数值模拟方法。在连续性假设不适用的情况下，可采用格子玻尔兹曼方法、分子动力学模拟等介观、微观尺度模拟方法等。