在生物傳感器領域引入納米材料主要起以下幾種重要作用。
納米材料可以加速電子轉移速率，增加氧化還原物質在電極表面反應的可逆性。將Pd納米線應用于電化學傳感器中，催化氧化抗壞血酸；實驗結果表明，納米材料的引入有效的降低了抗壞血酸氧化過電位，避免了其他電活性物質的干擾，檢測限為0．2gmol/L，檢測范圍為25umol/L-0．9 mmol/L。
納米材料可以催化不同的反應。金、銀、鉑、鈀及其合金納米材料對過氧化氫的還原反應具有良好的催化效果，銅、鉑、鎳及其合金納米材料可以催化葡萄糖的氧化反應。另外還有一些金屬納米材料可以催化抗壞血酸、多巴胺、尿酸等電活性物質在電極表面進行反應，從而達到檢測效果。
納米材料常常用來標記生物分子。Wu等將量子點(QDs，亦為納米材料)連接在免疫球蛋白(IgG)和生物素上，合成了具有熒光作用的探針，它可以與腫瘤標志物Her2特異性結合，以達到檢測的目的。實驗結果證明量子點標記的探針在細胞成像方面更有效，較染料分子標記檢測時更有利。
納米材料可以用來固定生物分子。Taton等將探針DNA固定在金納米粒子(AuNPs)上，然后再將A礦還原為至AuNPs上形成核殼結構納米粒子，該納米粒子顯著地增強了熒光信號強度，大大的提高了檢測限。
納米材料可以作為反應控制開關(Off-On反應)；Zhao等報道了Fe3+、Cu2+、Hg2+三種金屬粒子均可以對金納米簇的熒光作用起到淬滅作用，但是如果向淬滅的金納米粒子中加入EDTA后，混有Fe3+、Cu2+的金納米粒子重新具有熒光作用，而混有H92+的金納米簇仍保持原狀；如果向淬滅的金納米簇中加入NI-GF后，混有Fe3+的金納米簇重新具有熒光作用，而混有Cu2+、H92+的金納米簇仍保持原狀；這里金納米簇起到了控制開關(Off-On)的作用，故作者先加入NH4F檢測Fe3+的濃度，在加入EDTA檢測Hg2十的濃度，進而得到Cu2+的濃度。
Vaishnavi等制備了一種硫代乙酸包裹的CdTe量子點，表面帶有負電，當它遇到表面帶正電的卟啉時，會因為靜電作用結合而熒光淬滅(Off)；當DNA加入時，卟啉會和DNA結合，進而從CdTe量子點上脫落下來；CdTe量子點再次具有熒光性。實驗發現，隨著DNA濃度的增大，熒光信號增強，兩者呈線性，說明所制備的硫代乙酸包裹的CdTe量子點通過作為反應過程的開關進而實現對DNA的檢測，檢測范圍為6.5～296 nmol/L。
