中国科学院分子纳米结构与纳米技术重点实验室源于1987年由白春礼院士建立的STM实验室，1994年发展成为中国科学院纳米科学与技术青年实验室，2001年经考评晋升成为中国科学院重点实验室。实验室开展化学以及化学与物理、材料、生物等诸多交叉科学研究，为纳米科技发展做出了贡献。
实验室成立以来，致力于扫描探针显微技术的发展和设备研制，先后主持研制成功了我国第一台计算机控制的原子力显微镜，低温扫描隧道显微镜，弹道电子发射显微镜和扫描近场光学显微镜，发展了电化学扫描探针显微技术，为我国纳米科技的发展建立了技术基础;致力于单分子物理化学、分子表面组装及分子纳米结构的研究，建立了从结构设计、结构构筑、理论模拟、原位STM表征到性能测量的研究表面分子组装的系统方法;致力于纳米材料和纳米器件研究，并以国家重大应用需求为导向，成功探索了纳米材料在能源、环境、催化、生物等方面的应用，部分成果已经产业化。
实验室现有9个课题组，包括职工20余人、博士后研究人员10余人，以及攻读硕士或博士学位的研究生近90人。研究人员中有中国科学院院士2人及发展中国家科学院院士2人，国家***科学基金获得者6人，中国科学院“***计划”入选者5人;化学所“引进***人才计划”入选者4人。
实验室现阶段的定位和发展目标是，研究分子纳米结构的构筑规律和物理化学特性，发展以SPM为主的纳米检测技术，探索分子纳米结构和纳米材料的若干可能应用，凝聚和培养纳米科学研究的优秀人才，形成一支在纳米科学领域中具有重要影响力的研究群体。 实验室现阶段研究工作主要集中在以下六个既各具特色，而又互相联系、互相促进的研究方向：
1. 单分子、分子组装及分子纳米器件
2. 生物分子检测表征与纳米生物学研究
3. 先进碳纳米材料研究
4. 环境保护纳米材料研究
5. 能量转换与存储材料及器件研究
6. 扫描探针技术及其它纳米检测的新技术和新方法
