La investigación del CINN se dirige hacía el diseño controlado de materiales en la multiescala y tiene como objetivo el desarrollo, caracterización y completa comprensión de nuevos materiales multifuncionales capaces de superar las limitaciones tanto de los materiales como de los procesos de fabricación actuales.

Los objetivos científicos incluyen la reproducción de principios o estructuras presentes en plantas y animales a través de materiales bioinspirados, el desarrollo de biomateriales que presenten propiedades mejoradas en términos de compatibilidad, degradabilidad e interacción célula-material, el estudio de las propiedades fundamentales y el comportamiento de materiales híbridos magnéticos nanoestructurados, asi como de óxidos complejos, híbridos inorgánicos, fenómenos nanofotónicos y autoensamblaje asisitido. Las actividades de modelización y simulación forman parte integrante asimismo de la línea de investigación.