改变生命的可能
除了在精度制造领域有所作为，纳米机器人更具有前景的应用，则表现在医疗领域——实际上，人体才是这个世界上最为精密的机器。
在人体中只有43%的细胞是人体细胞，而其他细胞都是极其微小的“殖民者”，这些细胞包括数以万亿计的细菌、病毒、霉菌以及古生菌。这也给纳米机器人提供了一个广阔的用武之地。显然，在这些除了人体细胞之外的微生物中，再添加数百万个纳米机器人并不是一件不可能实现的事情，更何况纳米机器人还能够改善我们的生活和健康状况。
其中，一个科学家们已经在跟进的研究是，把大量纳米机器人放进人类的血液里。美国物理学家罗伯特·弗雷塔斯就是这项研究的最重要的前瞻人物和倡导者之一。弗雷塔斯认为，老年化是一种可治愈的疾病，而通过纳米机器人，或许很快就能治愈衰老：“虽然我们今天还不能制造这样的微型机器人，但到 21 世纪20年代或许可以造出来。”
现代医学已经给出了明确的结论，衰老是由于 “基因组不稳定、端粒损耗、表观遗传改变、蛋白质抑制失调、营养素感应失调、线粒体功能障碍细胞衰老、千细胞耗尽、细胞间通信变化” 等引发的人体大分子、细胞和组织的积累性损伤。按照弗雷塔斯的说法，所有这些损伤都可以用纳米机器人修复。
纳米机器人将能够穿越血液，然后进入或接近细胞，执行各项任务，如清除毒素，清扫细胞碎片，纠正DNA 错误，修复和恢复细胞膜，逆转动脉粥样硬化，调节激素、神经递质和其他代谢物的水平，以及其他许多任务。
另外，在未来，纳米机器人或许还能够扫描大脑，包括用来研究大脑的功能，实现对大脑的逆向工程，制造广义人工智能，最终再把人类的思维上传到计算机中。《奇点临近》的作者库兹韦尔就在书里这样展望：数十亿个纳米机器人可以穿过大脑中的每一根毛细血管，近距离扫描每个相关的神经特征。纳米机器人还将使用高速无线通信彼此联络，并与计算机相连接，根据扫描数据编制数据库。
不过，就当前来说，一项更加贴近现实的纳米机器人应用，则是利用纳米机器人来摆脱癌症。亚利桑那州立大学的科学家就采用“DNA折纸术”设计了一队纳米机器人来寻找和消灭癌症肿瘤，同时确保健康细胞不受损伤。这些纳米机器人通过瞄准肿瘤的血液供应、阻断血液的流动来发挥作用。因为所有的肿瘤都需要血液才能够存活下来，因此，这项技术也具有治疗多种不同癌症的潜力。
研究人员认为，将多种不同的经过合理设计的纳米机器人混合在一起，然后再让它们携带不同的药剂，或许可以帮助达成癌症研究的最终目标，即根除实体瘤，消灭肿瘤的血管浸润转移。
不过，将一队纳米机器人注入血管是一回事，而将它们引导到正确的位置就是另一回事了。在普渡大学，研究人员率先尝试了使用超声波和磁场来引导这些微型机器人。这种做法不仅可以为纳米马达提供动力，还可以引导它们在人体内部走向正确的位置，只有到了正确的位置它们才有可能参与对癌症进行治疗、在指定的位置供药，或者绘制出人类大脑的具体结构。
对纳米机器人的担忧
从纳米机器人的优势角度来看，库兹韦尔的说法是：“我们血液中的智能纳米机器人会保护我们的细胞和分子，进而维持我们的健康。这种纳米机器人还会通过毛细血管进入大脑，并与我们的生物神经元互动，直接扩展我们的智力。基于加速回报定律，在未来的30年间，这些技术的功能会比现在强大十亿倍。”
但凡事都具有两面性，正如人们对人工智能的担忧一样，纳米机器人也可能失控——能够吞噬斑块、摧毁癌细胞并杀死细菌的纳米机器人也有可能会犯错，敌我不分地开始吞噬我们的身体。
另一种的担忧，则是对纳米机器人的增长速度超出控制的担忧。究其原因，最可能用来制造纳米机器人的原料是碳，因为它具有独特而灵活的化学特性。由于同样的原因，碳也是生物有机体中的主要成分，这使得它有可能成为自我复制纳米机器人的理想原料，用来生产更多的纳米机器人。逃出人类实验室控制的纳水机器人，可能会在数周内就消耗掉整个生物圈。
