Размеры биологических макромолекул — нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и белков (антигены, антитела, вирусные капсиды, ферменты и др.), находятся в нанодиапазоне. Нанообъекты не биогенной природы (например, наночастицы металлов или полупроводниковые квантовые точки) могут быть носителями биомакромолекул, предназначенных для целевого воздействия на определенные биологические мишени. С другой стороны, биологические макромолекулы могут являться средством доставки не биогенных наночастиц в орган-мишень для диагностического или терапевтического воздействия. Примерами использования биологических макромолекул в нанобиотехнологии является так называемая ДНК-нанотехнология, использующая упорядочную структуру молекул ДНК для разработки наноструктур определенной формы, а также разработка наномашин, прообразами которых являются  молекулярные моторы живых клеток. Разработки в области нанобиотехнологии находят практическое применение в медицине, пищевой промышленности, охране окружающей среды и др.