افزایش سهم وزارت انرژی در NNI نسبت به سال مالی 2000، معادل 36 میلیون‌دلار (62%) بوده‌است. DOE نقشی حیرت‌انگیز در تحقیقات و تسهیلات علمی دارد. قابلیتهای تحقیقاتی آن در به تصویرکشیدن، طرّاحی و کنترل دنیای نانو – فاصله اتمها و مولکولها تا مواد انبوه- این وزارت را در جهان بی‌همتا ساخته‌است.
DOE درحال حاضر در این رشته دامنه گسترده‌ا‌ی از تحقیقات را به انجام رسانده‌است؛ مثلا"خواص بهبودیافته نانوبلورها برای کاتالیستهای جدید، تابش وانتشار توأم نور ، نانوکامپوزیتها و ابرخازنها، همگی در این وزارتخانه بررسی شده‌است.
نانوبلورها و ساختارهای لایه‌ا‌ی، فرصتهای بی‌همتایی را برای تلفیق خواص نوری، مغناطیسی، الکترومکانیکی و شیمیایی مواد، فراهم ساخته‌است؛ و محققین DOE ساختارهای لایه‌ا‌ی مصنوعی را برای مصارف الکترونیک، مغناطیسهای جدید و سطوح با سختی بالا، ایجاد کرده‌اند.
پروژه‌های به اتمام‌رسیده DOE عبارتند از :
1. افزایش نانوذرات اکسید آلومینیوم به آلومینیوم فلزی، که باعث تولید ماده‌ا‌ی با مقاومت فرسایش بهترین نوع فولاد یاتاقانی شده‌است.
2. خواص نوری جدید نانوبلورهای نیمه‌رسانا، به‌منظور برچسب‌گذاری و رهگیری فرآیندهای مولکولی در سلولهای زنده.
3. مواد لایه‌ا‌ی نانومتری که 4 برابر مغناطیسهای دائمی مرسوم، کارآیی دارند.
4. ساختمانهای چاه کوانتومی لایه‌ا‌ی برای تولید منابع نوری و سلولهای فتوولتایی بسیار کارا و کم‌مصرف.
5. تأییدشدن خواص شیمیایی نانوبلورها به عنوان فتوکاتالیست‌ها برای شکستن سریعتر مولکولهای سمی پساب‌ها.
6. میزبانهای معدنی نیمه‌متخلخل با تک‌لایه‌های آلی خود چیدمان، برای به دام‌انداختن و حذف فلزات سنگین از محیط زیست.
تلاشهای بزرگ جدید علوم و فنّاوری نانو در DOE، بخشی از برنامه علوم پایه انرژی (BES) است، که دارای اهداف گسترده زیر است :
1) فهم علمی اصولی ساختمانها و فعل‌وانفعالات مقیاس نانو، مخصوصا" پدیده‌های گروهی : واضح است که وقتی اندازه نمونه، اندازه دانه یا اندازه دامنه کار تا مقیاس نانومتر کوچک می‌شود، خواص فیزیکی به شدّت تحت تأثیر قرار می‌گیرند، و ممکن است به نحو هیجان‌انگیزی با خواص متناظر در حالت توده، متفاوت باشند. هم‌اکنون تجربیات کمی در مورد وقایع مقیاس نانو وجود دارد. به همین دلیل، خواص فیزیکی و شیمیایی سیستمهای نانو کاملا" درک نشده‌است؛ و لذا این رشته، یک موضوع جدید با مجموعه‌ا‌ی از اصول فیزیکی، توصیفات تئوری و تکنیکهای تجربی می‌باشد. یکی از جالب‌ترین جنبه‌های نانومواد، خواص حاصل از پدیده‌های گروهی(Collective Phenomena) است –وقایعی که از برهم‌کنش‌ها و رفتار اجزای مواد حاصل شده، و بنابراین با رفتار اجزای منفردشان بسیار متفاوت است. در بعضی موارد، وقایع گروهی می‌تواند باعث ایجاد پاسخ بزرگی به یک تحریک کوچک شود. این وقایع همچنین هسته اسرار موادی مثل ابررساناهای در دمای بالا (یکی از مسائل اصلی در فیزیک مواد توده‌ای) می‌باشد.
2) طرّاحی و سنتز مواد در سطح اتمی برای ایجاد خواص و عملکرد مطلوب : این هدف، در قلب علوم و فنّاوری این مقیاس قرار می‌گیرد. در آینده طرّاحی و سنتز مواد در سطح اتمی، تنها با یک ساختار الکترونیک از عناصر صورت خواهدگرفت. خواص این مواد جدید نه‌تنها تابعی از ترکیب، بلکه تابعی از شرایط سنتز نیز خواهدبود. شرایط سنتز جدید، ممکن است غیرتعادلی، فشار بالا، میدان مغناطیسی بالا و دانسیته انرژی بالا باشد؛ یا مدلهای ساخت/نمایش به شدّت موازی بکار رود. حوزه عملکرد این مواد عمل‌کننده، شامل طرّاحی بلوکهای ساختمانی مولکولی، طرّاحی ساختارهای چندجزئی و طرّاحی ماشینهای مولکولی خواهدبود.
3) فهم بنیادی فرآیندهایی که به کمک آنها موجودات زنده، مواد و کمپلکس‌های عمل‌کننده را می‌سازند : علوم و فنّاوری نانو، به‌طرز غیرقابل بازگشتی علوم فیزیکی و زیستی را به هم مرتبط کرده‌است. طبیعت، اتمها و مولکولها را به‌نحو دقیقی به صورت اشیایی سه بعدی با پیچیدگی غیرعادی درمی‌آورد، تا خواص نوری، مکانیکی، الکتریکی، کاتالیستی و اصطکاکی لازم را بدست آورد. طبیعت می‌داند چگونه مواد و ساختارها را برای ایجاد ماشینهای در سطح مولکولی، با هم ترکیب کند. این ماشینها به صورت پمپ (اشیای متحرّک)، حرکت‌دهنده مولکولها و حتّی سلولها، تنظیم‌کننده فرآیندها و حتّی تولیدکننده و تبدیل‌کننده انرژی، عمل می‌کنند. مسأله اصلی در علوم فیزیکی، فهم نحوه ساخت این اشیای مرکب و ماشینهای مولکولی است، به‌نحوی که ما قادر به ساخت ابزارهایی برای طرّاحی و ساخت مواد با کارآیی موردنظر باشیم. (این مواد در طبیعت یافت نشده، ولی با کمک تکنیکهای خودچیدمانی طبیعت، ساخته می‌شوند.) با فهم و بکارگیری این اصول در سیستمهای مصنوعی، ما قادر به پیشرفتهای حیرت‌انگیزی در زمینه‌های گوناگونی هستیم؛ مثل تبدیل انرژی، انتقال، پردازش و ذخیره‌سازی اطلاعات، مواد هوشمند و سازگار، سنسورهایی برای مصارف صنعتی، زیست‌محیطی و دفاعی، کاتالیستهای جدید، داروهای بهتر و دفع پساب کاراتر.
4) ارتقای ابزارهای تجربی برای توصیف و ابزارهای تئوری/مدلسازی/شبیه‌سازی : تاریخ علم نشان می‌دهد که ابزارهای جدید مسبّب انقلابهای علمی بوده‌اند. ابزارهای نو، امکان کشف پدیده‌های بی‌سابقه و بررسی سریعتر و ظریف‌تر پدیده‌های شناخته‌شده را فراهم می‌کند. برنامه BES در توسعه ابزارهای توصیف‌گر مقیاس نانو، پیشتاز بوده‌است. این ابزارهای جدید، الزاما" شامل بهبود تکنیکهای مرسوم (میکروسکوپی پروب اسکن‌کننده، طیف نگارهای حالت یکنواخت و وابسته به زمان و امثال آن) است. با این‌حال توصیفگری(Characterization) به شدّت وابسته به ابزارهای تجربی انقلابی، منجمله تکنیکهایی برای کنترل فعّال رشد، تحلیل به شدّت موازی، و تکنیکهایی برای حجمهای نمونه کوچک است. توانایی‌هایی برای تحریک، منزوی یا فعال‌کردن مولکولهای منفرد برای نشانه‌گیری چندین مولکول به‌طور همزمان و انتقال یا برداشت انرژی از یک مولکول منفرد، لازم خواهدبود. بعلاوه به نسل جدیدی از ابزارهای تئوری و محاسباتی، احتیاج خواهدبود.