Yra daug galimų nanorobotų pritaikymo įvairiose srityse ir pramonės šakose. Bene dažniausiai minimas ir įdomiausias galimas panaudojimas yra biomedicinos srityje, kur jie suteikia naujų vaistų pristatymo metodų, ligų gydymo molekuliniu lygmeniu ir pažeistų audinių atstatymo galimybių. Taip pat yra potencialių nanorobotų statybos ir inžinerijos panaudojimo būdų, kuriuose jie gali būti naudojami kitiems mažiems įrenginiams kurti ir smulkiems remontams atlikti. Taip pat buvo svarstomas šių robotų, kaip ginklų, karinis panaudojimas, kuris gali būti katastrofiškas.
Nanorobotai yra neįtikėtinai mažo masto robotai, todėl jie savo dydžiu yra panašūs į molekules. Vienas iš labiausiai paplitusių šių robotų naudojimo būdų būtų naujų gydymo būdų kūrimas medicinoje ir kitose biologinėse srityse. Neįtikėtinai mažas šių robotų dydis leistų juos dislokuoti žmogaus kūne ir taikyti gydymą molekuliniu lygiu.
Vienas iš įdomiausių galimų nanorobotų pritaikymo būdų yra tikslesnis vaistų pristatymas. Tabletes galima nuryti su molekuliniais robotais, kurie tiekia vaistus tiesiai į traumos ar ligos vietą. Kitos mašinos gali būti naudojamos kenksmingoms žmogaus kūno ląstelėms ar virusams nukreipti ir jas sunaikinti arba kitaip padaryti, kad jos negalėtų pakenkti žmogui. Yra net galimų pritaikymų, kuriuose nanorobotai gali būti naudojami siekiant padėti pataisyti ar atstatyti pažeistus žmogaus kūno audinius.
Kai kurie mokslininkai spėliojo galimybes, kuriose nanorobotai galėtų būti naudojami statybose ir inžinerijoje. Šie maži robotai gali būti naudojami kuriant sudėtingesnius nedidelius įrenginius ar objektus arba atliekant ypač subtilius mažų sistemų remontus. Vienas iš galimų panaudojimo būdų galėtų būti tokių robotų įtraukimas į būsimų astronautų, vykdančių misijas kitose planetose, kostiumus, kuriuos būtų galima panaudoti nelaimės atveju, kad būtų ištaisyti astronauto kostiumo pažeidimai.
Taip pat yra keletas mažiau naudingų nanorobotų naudojimo galimybių, ypač karinėse ir ginkluotės srityse. Teoriškai būtų taip pat lengva užprogramuoti nanorobotą, kad jis surastų vėžines ląsteles žmogaus kūne ir jas deaktyvuotų, kaip būtų užprogramuoti jį rasti sveikų ląstelių ir jas aktyvuoti. Nanorobotai gali būti naudojami kaip ginklas, naudojamas panašiai kaip biologinis agentas, siekiant sunaikinti žmones ar objektus molekuliniu lygmeniu. Dėl nedidelio šių robotų dydžio juos būtų labai sunku aptikti po tokios atakos.