Molekularna proizvodnja je hipotetična prihodnja uporaba “sestavljalcev”, ki jih je mogoče reprogramirati na nanosmerju, za izgradnjo izdelkov atom za atomom. Molekularni sestavljalec bi bil robotski manipulator na nanosmerju, ki je sposoben postaviti posamezne atome, na primer ogljik, na površino z atomsko natančnostjo. Vsaka oseba bi to tehnologijo doživela v obliki “nanotovarne”, samostojne namizne molekularne proizvodne enote, ki uporablja prečiščeno surovino, kot je plin propan.
Da bi bil molekularni sestavljalec koristen za ljudi, bi moral biti sposoben narediti kopije samega sebe. V nasprotnem primeru bi trajalo predolgo, da bi en sam sestavljalec zgradil karkoli pomembne velikosti ali vrednosti. Če bi lahko sodelovali velik nabor sestavljavcev, bi lahko z atomsko natančnostjo izdelali izdelke v makroobsegah z uporabo popolnoma avtomatiziranega procesa z visoko prepustnostjo. To je dovolj pomembno, da bi, če so tehnične ovire premagane, tehnologija sprožila novo industrijsko revolucijo, verjetno bolj transformativno kot prvi dve skupaj.
Molekularni sestavljavci in molekularna proizvodnja niso nič novega. V naših telesih jih imamo na trilijone: organele, imenovane ribosomi. Ribosomi, ki delujejo v velikem številu, sintetizirajo vse beljakovine v vsakem organizmu v naravi, od ekstremofilnih mikrobov do modrega kita. Njihova osnovna zasnova je enaka, saj se je vsako živo bitje razvilo iz skupnega prednika, ki je že imel na mestu osnovni stroj za sintezo beljakovin. Seveda se ribosomi tudi samoreplicirajo.
Če bi bil ustvarjen anorganski molekularni sestavljalec, ki bi bil sposoben izdelati kopije samega sebe, bi lahko ustvaril novo obliko »življenja«, čeprav vrsto, ki jo nadzoruje neposredno programiranje. Ta ideja je bila imenovana molekularna proizvodnja in nekatere tehnične podrobnosti zanjo so bile dejansko izdelane. Teoretiki so zasnovali fizično izvedljive nanosne zobnike, motorje, baterije, žice, gibljive palice, sortirnike, gredi in drugo. Nekatere od teh nanosnih naprav so že izdelane, na drugih se aktivno dela.
Molekularna proizvodnja lahko obrne družbo na glavo, a komaj kdo je slišal zanjo. Pogosto se ideje molekularne proizvodnje kombinirajo ali združujejo z drugimi možnimi aplikacijami širšega področja nanotehnologije na splošno, kar otežuje oblikovanje regulacijskih politik za slednjo. Ena študija je pokazala, da je mogoče z javnim mnenjem o nanotehnologiji zlahka manipulirati s spremembo le nekaj stavkov v načinu uvajanja teme. Te vrzeli v znanju so zaskrbljujoče za nekatere futuriste in oblikovalce politik, ki bi radi videli več razprav o futurističnih možnostih molekularne proizvodnje in načinu, kako bi jo lahko regulirali.