納米材料在結構上與常規的晶態和非晶態材料有很大的不同，突出表現為小尺寸顆粒和巨大體積百分比的界面，以及界面處原子排列和鍵構型的較大不規則性。這使得納米材料的光學性質出現了壹些不同於常規材料的新現象。
納米材料的光學性質之壹是它們的線性光學性質。近年來，納米材料的紅外吸收研究壹直是壹個活躍的領域，主要集中在納米氧化物、氮化物和納米半導體材料，如納米Al2O3、Fe2O3和SnO2。在由納米顆粒組成的Si薄膜的紅外吸收中，觀察到紅外吸收帶隨沈積溫度的升高而頻移，在非晶納米氮化矽中，觀察到頻移和吸收帶增寬，紅外吸收強度強烈依賴於退火溫度。對上述現象的解釋是基於納米材料的小尺寸效應、量子尺寸效應、晶體場效應、尺寸分布效應和界面效應。目前，納米材料的拉曼光譜研究越來越受到研究者的關註。
半導體矽是壹種具有間接帶隙的半導體材料。正常情況下，發光效率很弱。然而，當矽的晶粒尺寸減小到5nm或更小時，其能帶結構改變，並且帶邊移動到高能態，並且觀察到強可見光發射。在研究納米晶Ge的光致發光時，發現當Ge晶體的尺寸減小到4nm以下時，可以產生很強的可見光發射，並認為納米晶Ge的結構與金剛石結構不同，這些Ge納米晶可能具有直接光躍遷的性質。Y.Masumato發現摻雜CuCl納米晶的NaCl在高密度激光下可以產生雙激子發光，導致激光的產生，其光增益遠高於CuCl納米晶。已經發現壹些其它材料，例如Cds、CuCl、ZnO、SnO2、Bi2O3、Al2O3、TiO2、SnO2、Fe2O3、CaS、CaSO4等。當它們的顆粒尺寸減小到納米尺度時，也具有在常規材料中沒有發現的發光現象。目前，對納米材料獨特發光現象的研究處於起步階段。縱觀研究情況，對納米材料發光現象的解釋主要基於電子躍遷、量子限域效應、缺陷能級和雜質能級的選擇規律。
納米材料光學性質研究的另壹個方面是非線性光學效應。由於其自身的特點，光激發引起的吸收變化壹般可分為兩部分:光激發引起的自由電子-空穴對引起的快非線性部分；受陷阱影響的載流子的慢非線性過程。其中，對CdS納米粒子的研究最為深入。由於能帶結構的變化，納米晶體中載流子的遷移、躍遷和復合過程與常規材料不同，因而具有不同的非線性光學效應。
納米材料的非線性光學效應可分為* *振動光學非線性效應和非* *振動光學非線性效應。非* *振動非線性光學效應是指用高於納米材料光吸收邊的光照射樣品產生的非線性效應。* *振動的光學非線性效應是指用波長低於* * *振動吸收區的光照射樣品產生的光學非線性效應，這種效應來源於電子在不同電子能級的分布導致的電子結構的非線性，納米材料的非線性響應因電子結構的非線性而顯著增加。目前，Z掃描和DFWM技術主要用於測量納米材料的光學非線性。
此外，納米晶材料的光伏特性和磁場作用下的發光效應也是納米晶材料光學性質研究的熱點。通過對以上兩個性質的研究，我們可以得到壹些其他譜方法得不到的信息。