Nanotovarna je standardna predlagana aplikacija za molekularno proizvodnjo prve generacije, znano tudi kot molekularna nanotehnologija. Molekularna proizvodnja je futuristična tehnologija, ki bi uporabljala obsežne nabore strojnih sistemov na nano-ravneh (»nanosestavljalci«) za sintetizacijo izdelkov v makro merilu s postopkom, imenovanim konvergentno sestavljanje. Pri konvergentnem sestavljanju montažna linija progresivno večjih rok manipulatorja sestavlja podkomponente izdelka in jih prenaša na naslednjo stopnjo večjih rok manipulatorja, dokler se končno ne ustvari izdelek, ki ga lahko uporablja človek.
Ker bi ti nanosestavljalci bili nepremični in bi delali v tekočem traku kot običajna tovarna, nevarnost, da bi se ti nanomašini razpustili in podivjali, ni. Vizionarje nanotehnologije že dolgo skrbi odziv na njihovo predlagano tehnologijo, ki temelji na izmišljenih znanstvenofantastičnih zgodbah, kot je “Prey” Michaela Crichtona, ki prikazuje “nanotehnologijo” kot avtonomne strojne roje s samorazvijajočimi se zmogljivostmi. Pojem nanotovarne zagotavlja trdno zavrnitev takšnih scenarijev katastrof.
Zaradi zakonov skaliranja so lahko nanotovarne izjemno produktivne. Robotski sistemi v makro obsegu, kot je robotika, ki se uporablja za sestavljanje avtomobilov, uporabljajo roke manipulatorjev, ki se po nanotehnoloških standardih premikajo zelo počasi. Roke manipulatorja, ki delujejo na molekularni ravni, bi lahko izvajale operacije sestavljanja zelo hitro, v velikosti GHz (milijarde krat na sekundo) in ne zgolj Hz. Preliminarni izračuni kažejo, da bi nanotovarna lahko predelala svojo maso v le urah.
Z naprednim programiranjem bi nanotovarna uporabniku omogočila, da določi sestavo izdelka z atomsko natančnostjo, s čimer bi odprla velike nove sektorje oblikovalskega prostora. Številni naši trenutni izdelki imajo pomanjkljivosti ali nepopolnosti, ker so izdelani s pomočjo “kemije v razsutem stanju”; združiti milijarde ali trilijone atomov na naključni način namesto ustvarjanja izdelkov z natančnim atomskim pozicioniranjem. Če bi bila nanotovarna uspešno ustvarjena, bi jo lahko programirali tudi za proizvodnjo dodatnih nanotovarn za nič drugega kot za surovine in potrebno programiranje. Ko bodo nanotovarne postale resničnost (morda do leta 2015), bodo verjetno spremenile vsak sektor proizvodnje.