当原子聚集时，最开始形成二维团簇，当更多的原子加入时，且在形成晶体结构之前，会形成三维密堆积排列的形貌，进而形成某种临界尺寸的更稳定的团簇。团簇有一个重要的概论就是幻数，它是指具有高稳定性的临界大小的团簇中的原子数。原子的小团簇所表现出来的性能与块材的性能大相径庭，块材的性能只取决于某种临界晶粒尺寸。含有某种原子幻数的原子团簇具有独特的性能，例如，当60个碳原子结合在一起时，具有独特的二十面体对称（晶体具有二十个规则的三角面）结构，此时的团簇就形成了特殊的富勒烯。气体分子也可以形成团簇结构，如P.G.莱思布里奇^[注]等成功地通过二十面对称合成了氪原子簇。

纳米团簇具备很多传统纳米结构（如纳米粒子、纳米线）所没有的奇特性质，如荧光、力学、超导、磁性、氧化还原等，使其在催化、光电、生物医药、精细化工、军工国防等诸多领域具有非常广泛的应用前景。

纳米团簇的许多性质（如熔点、凝固点、势能等）都随其尺寸变化而变化，且由微观向宏观过渡。因此了解纳米团簇在热化过程中结构和热力学性质的变化，对于正确理解纳米材料的微观结构演变过程以及制备优质的纳米材料都具有十分重要的意义。但通过实验进行研究是比较困难的，模拟方法和相互作用势计算机模拟方法，特别是分子动力学方法，已被广泛应用于纳米团簇热力学性质的理论研究，利用经验势模型，它能够详细模拟包含几十个到上千个原子的纳米团簇。

纳米团簇的制备方法主要分为两类：自上而下制备法和自下而上制备法。自上而下制备法是将块材通过热、化学或机械作用剥离成小的纳米团簇，这种方法的缺点在于无法很好地控制产物的尺寸及成分。自下而上制备法是小分子通过一定化学过程组装成纳米团簇，最常见的方法是利用合适的还原剂对金属盐进行还原，从而得到相应金属的纳米团簇。

纳米团簇的应用领域包括：催化、量子电脑、光化学、光学、纳米电子学以及化学传感器等。例如，中国薛其坤纳米团簇研究团队第一次在硅金属的基片上成功种入了铝原子，其大小为1.5纳米，而且种植十分均匀，形成了一种人工二维晶体。这种具有原子精确度的新方法可能会帮助芯片制造商战胜纳米尺度确定性掺杂这样一个几乎不可战胜的困难。