De fundamentele uitdagingen liggen vooral op het terrein van nieuwe materiaalconcepten en -eigenschappen zoals het ontdekken, begrijpen en maken van nieuwe moleculaire, organische materialen en ultradunne, tweedimensionale materialen zoals grafeen met de gewenste optische en elektronische eigenschappen. Nederland staat internationaal aan het front van de wetenschap op de benodigde onderzoeksterreinen van de fundamentele natuurkunde en scheikunde. Toegepast onderzoek is nodig om deze materialen zodanig te kunnen maken dat industriële productie mogelijk wordt. Ook is fundamenteel onderzoek nodig om nieuwe functionaliteiten in de zin van optische, magnetische, chemische en elektronische eigenschappen op nanoschaal te integreren met de huidige halfgeleidertechnologie. Met de nieuwe materialen en technieken kunnen allerlei nieuwe devices worden ontworpen en ontwikkeld (bijvoorbeeld ook bionische implantaten), zoals dat eerder in de micro-elektronica is gebeurd. Toegepast onderzoek is nodig om meettechnieken te ontwikkelen teneinde de vorm en de chemische, elektronische of optische eigenschappen van die ultrakleine structuren op atomaire schaal te kunnen bestuderen. Bovendien is kennis nodig voor het produceren op nanoschaal. Dit zal niet alleen leiden tot nieuwe producten die maatschappelijke problemen adresseren, maar ook tot nieuwe instrumenten en machines, die een nieuwe generatie producten betekenen voor bestaande en nieuwe industriële bedrijven. Op dit gebied zijn er het laatste decennium verschillende goed lopende publiek-private samenwerkingen ontstaan. Dit netwerk biedt een goed uitgangspunt om de innovatie verder vorm te geven en ook het MKB hierbij te betrekken.