自組裝是一個過程，在這個過程中，預先存在的成分的無序系統形成一個有組織的結構或模式，這是成分本身之間特定的、局部的相互作用的結果，沒有外部的指導。當構成成分是分子時，這個過程被稱為分子自組裝。

自組裝可以分為靜態和動態兩種。在靜態自組裝中，有序狀態隨著系統接近平衡而形成，減少了自由能。然而，在動態自組裝中，由特定的局部相互作用組織起來的預先存在的成分模式，通常不被相關學科的科學家描述為自組裝。

自組裝在經典意義上可以定義為分子單元通過非共價相互作用自發和可逆地組織成有序結構。這個定義所表明的自組裝系統的xxx個特性是自組裝過程的自發性：負責形成自組裝系統的相互作用在嚴格的局部水平上起作用--換句話說，納米結構是自己建立的。

盡管自組裝通常發生在弱相互作用的物種之間，但這種組織可能被轉移到強結合的共價系統中。這方面的一個例子可以在聚氧乙烯酯的自組裝中觀察到。有證據表明，這類分子是通過密相類型的機制進行組裝的，即小的氧金屬離子首先在溶液中非共價地組裝，然后進行縮合反應，共價地結合組裝的單元。這一過程可以通過引入模板劑來控制所形成的物種而得到幫助。通過這樣的方式，可以以特定的方式形成高度組織化的共價分子。

自組裝納米結構是在某種物理原理指導下，作為單個納米尺度物體的排序和聚集的結果出現的物體。

一個可以驅動自組裝的物理原理的特別反直覺的例子是熵最大化。盡管熵通常與無序相關，但在適當的條件下，熵可以驅動納米級物體以可控的方式自組裝成目標結構。

另一類重要的自組裝是場引導的組裝。這方面的一個例子是靜電捕集現象。在這種情況下，電場被施加在兩個金屬納米電極之間。存在于環境中的粒子被施加的電場所極化。由于與電場梯度的偶極相互作用，粒子被吸引到電極之間的間隙。這種類型的方法涉及不同類型的場，例如，使用磁場，使用毛細管相互作用的粒子被困在界面上，彈性相互作用的粒子懸浮在液晶中，也已被報道。

無論驅動自組裝的機制是什么，人們采取自組裝的方法來進行材料合成，以避免必須一次建造一個構件的材料的問題。避免一次完成的方法很重要，因為對于具有宏觀尺寸的結構來說，將構件放入目標結構所需的時間是非常困難的。

一旦宏觀尺寸的材料可以自我組裝，這些材料可以在許多應用中找到用途。例如，納米結構，如納米真空隙，可用于儲存能量和核能轉換。自組裝的可調控材料是電池和有機光伏電池中大表面積電極以及微流體傳感器和過濾器的有希望的候選材料。

在這一點上，人們可能會認為，任何驅動原子和分子組裝成較大結構的化學反應，如沉淀，都可能屬于自組裝的范疇。然而，至少有三個明顯的特征使自組裝成為一個獨特的概念。

首先，自組裝的結構必須比孤立的成分有更高的順序，無論是形狀還是自組裝實體可能執行的特定任務。

這在化學反應中通常不是真的，在化學反應中，有序狀態可能走向無序狀態，這取決于熱力學參數。

自組裝的第二個重要方面是弱相互作用的主導作用（如范德瓦爾斯、毛細管、π - π {\displaystyle pi -pi }，氫鍵或熵值。與更傳統的共價鍵、離子鍵或金屬鍵相比，氫鍵或熵力）。這些弱相互作用在材料合成中很重要，原因有二。

首先，弱相互作用在材料中占有重要地位，特別是在生物材料中。