กระบวนการที่เป็นในลักษณะของการสังเคราะห์  โดยให้โมเลกุลหน่วยย่อยวางตัวเข้าด้วยกันอย่างเป็นระเบียบด้วยตนเองได้นั้น (self-assembly)   ถูกให้ความหมายไว้ว่า "เป็นการประกอบตัวของโมเลกุลหน่วยย่อยให้วางตัวอย่างเป็นระเบียบได้เอง  เพื่อก่อสร้างเป็นโครงสร้างหนึ่งที่มีความเสถียร  โดยไม่ต้องทำให้เกิดการสร้างพันธะโควาเลนต์ระหว่างกัน" อธิบายให้ง่ายได้ว่าเป็นลักษณะการก่อตัวขึ้นมาของโครงสร้างโมเลกุลโดยการจับตัวกันของแต่ละหน่วยย่อย  ซึ่งไม่ต้องอาศัยการสร้างพันธะโควาเลนต์เพื่อเชื่อมต่อแต่อย่างใด  แต่อาศัยนั่งร้านเป็นสิ่งช่วยในการสังเคราะห์  และเมื่อประกอบตัวกันเสร็จแล้วนั่งร้านก็จะถูกถอดออกได้เอง (นั่งร้านที่ถูกนำมาใช้เพื่อช่วยก็คือโมเลกุลต่างๆ นั่นเอง)  ซึ่งกระบวนการของการประกอบตัวเองได้ในธรรมชาตินั้น  จะนำไปสู่โครงสร้างที่มีลักษณะการจัดเรียงตัวที่เป็นไปได้หลากหลายรูปแบบ จนกระทั่งได้พบกับสภาพแวดล้อมของจุดต่ำสุดของอุณหพลวัต (thermodynamic)   ซึ่งจะทำให้เกิดปฏิกิริยาที่จะกำหนดรูปทรงเรขาคณิตของโครงสร้างโมเลกุลสุดท้ายขึ้นมาได้ 

          ลักษณะโครงสร้างที่เกิดจากการประกอบตัวเองได้ในธรรมชาตินั้นมีมากมายหลายรูปแบบ  ตัวอย่างเช่น  การม้วนตัวของโปรตีนซึ่งต้องอาศัยนั่งร้าน  ซึ่งได้แก่  แชพเพอโรนิน หน่วยต่างๆ ที่เป็นนั่งร้านในการช่วยพับ  แล้วจึงจะสามารถมาประกอบตัวเองขึ้นมาได้  หรือโมเลกุลของฟอสโฟลิพิดที่สามารถจะประกอบตัวเองเข้าเป็นโครงสร้างแบบสองชั้นของเยื่อหุ้มเซลล์  หรือเป็นโครงสร้างทรงกลมของไลโพโซมได้  หรือตัวอย่างที่เห็นกันได้บ่อยๆ  อย่างเช่น  ผลึกโมเลกุลของน้ำตาลซึ่งเกิดจากโมเลกุลมากมายจัดเรียงตัวกันเข้าเป็นโครงสร้างโดยไม่ได้ใช้พันธะโควาเลนต์  เป็นต้น

          ความแตกต่างกันระหว่างความสามารถในการประกอบตัวเองได้กับอีก 2 ขั้นตอนก่อนหน้านี้ ได้แก่ การสังเคราะห์โดยการสร้างพันธะโควาเลนต์ระหว่างอะตอมอย่างเป็นลำดับ  และการขยายขนาดโมเลกุลโดยการเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์  คือ  ทั้งสองขั้นตอนนั้นเป็น การสร้างโครงสร้างโดยการเชื่อมต่ออะตอมเข้าด้วยกันตามลักษณะการจัดเรียงที่ต้องการจะให้เกิดขึ้น (หรือที่ถูกกำหนดไว้ก่อนล่วงหน้าแล้วโดยระบบชีวภาพของธรรมชาติ)  ซึ่งไม่จำเป็นที่จะต้องอยู่ในสถานะที่จะต้องมีพลังงานมากที่สุดในกระบวนการของการก่อสร้างโครงสร้าง  แต่สำหรับโครงสร้างโมเลกุลที่เกิดจากการประกอบตัวเองได้นั้น  จะก่อสร้างเป็นโครงสร้างหนึ่งๆ ได้ ณ สภาพแวดล้อมของจุดต่ำสุดของอุณหพลวัต (thermodynamic) ซึ่งเป็นจุดที่หน่วยย่อยจะจัดตัวเองเข้าเป็นโครงสร้างลักษณะต่างๆ อย่างเป็นระบบได้ดีที่สุด โดยที่ไม่ต้องอาศัยการสร้างพันธะโควาเลนต์ต่อกันและกันเลย

          การใช้ความสามารถของการประกอบตัวเองได้โดยธรรมชาติ   เพื่อใช้ในการสร้างโครงสร้างนาโนนั้นเป็นสิ่งที่ถูกถกเถียงกันอย่างมากสำหรับการศึกษาในช่วงเริ่มต้น   เพราะว่า ลักษณะการสร้างโครงสร้างโดยวิธีการนี้นั้นเป็นการสร้างที่อยู่นอกเหนือความสามารถของเทคโนโลยีการสร้าง  หรือการผลิตที่มีอยู่ในปัจจุบัน (ณ ช่วงก่อนหน้านี้) มากที่สุด เทคโนโลยีการสร้างที่เราคุ้นเคยเป็นการจัดการในวิถีทางที่ถูกกำหนดไว้แล้วล่วงหน้าแล้ว เช่น การสร้างวัตถุตามพิมพ์เขียวที่ได้ออกแบบไว้เรียบร้อยแล้ว  เป็นต้น แต่ในปัจจุบันด้วยความก้าวหน้าทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี  เราก็สามารถใช้วิธีการนี้ในการสร้างโครงสร้างนาโนได้แล้วอย่างมากมาย

ความสามารถในการประกอบตัวเองได้ของโปรตีน

          โครงสร้างที่มีความสามารถในการประกอบตัวเองได้เป็นอย่างดีจากการมีการศึกษาผ่านมาแล้วนั้น  พบว่าโครงสร้างของเหล่าไวรัสต่างๆ  เป็นโครงสร้างในธรรมชาติที่สามารถประกอบตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ