Công nghệ nano DNA là một trong vài cách khả dĩ để xây dựng các cấu trúc phức tạp được thiết kế với sự kiểm soát chính xác bậc nano. Lĩnh vực này bắt đầu hé lộ ứng dụng tiềm năng trong việc giải đáp những vấn đề khoa học cơ bản trong các ngành sinh học cấu trúc và lý sinh học. Ứng dụng sớm nhất được trông đợi về mảng này, và hiện vẫn đang phát triển, liên quan tới ngành tinh thể học, với các phân tử khó tinh thể hóa trong điều kiện cô lập có thể sắp xếp vào trong những mạng axit nucleic 3 chiều, cho phép xác định cấu trúc của chúng. Một lĩnh vực khác sử dụng các thanh DNA origami để thay thế cho các tinh thể lỏng trong các thí nghiệm về ghép cặp lưỡng cực điện dư trong phổ kế NMR protein; việc sử dụng DNA có ưu thế là khác với tinh thể lỏng, chúng chịu được các chất tẩy dùng để ngưng tụ các protein màng trong dung dịch. Hơn nữa, các cấu trúc DNA origami có thể đóng góp vào các nghiên cứu lý sinh về chức năng của enzym và sự cuộn gấp protein.[10][57]

Công nghệ DNA đang hướng tới những ứng dụng tiềm năng trong thực tế. Khả năng sắp xếp các nguyên tử các của các mảng axit nucleic gợi rằng chúng có thể có ứng dụng quan trọng trong điện tử phân tử. Sự tổng hợp của một cấu trúc axit nucleic có thể dùng làm khuôn tổng hợp cho các yếu tố điện tử phân tử như các sợi dây phân tử, cung cấp một phương pháp để kiểm soát sự xếp đặt và cấu trúc tổng thể của thiết bị ở bậc nanomet như thể một bảng mạch phân tử.[26] Công nghệ nano DNA từng được ví với khái niệm về vật liệu có thể lập trình (tiếng Anh: programmable matter). do sự liên hệ giữa tính toán và tính chất vật liệu của nó.

Trong một nghiên cứu thực hiện ở Đại học Aarhus (Đan Mạch), các nhà nghiên cứu đã chế tạo thành công một "hộp" origami DNA. Hộp này đặc biệt ở chỗ có thể đóng mở nhiều lần dưới sự kích thích của một số "chìa khóa" DNA hoặc ARN.  Hộp này có triển vọng dùng để vận tải phân tử (trong y học nano) hoặc kiểm soát chức năng của những phân tử riêng lẻ.[58]

Có những tiềm năng ứng dụng công nghệ DNA nano trong lĩnh vực y học nano, sử dụng khả năng thực hiện tính toán tương thích sinh học để chế tạo những "viên thuốc thông minh" cho việc vận chuyển thuốc tới đích đến là những cơ quan nhất định trong cơ thể. Một hệ thống như vậy sử dụng một hộp DNA rỗng chứa những protein có thể gây nên sự chết rụng tế bào mà chỉ mở ra khi ở gần một tế bào ung thư.[57][59] Cũng có những mối quan tâm khác trong việc đưa các cấu trúc nhân tạo này vào các tế bào vi khuẩn tổng hợp, có thể sử dụng các RNA phiên mã cho việc tổng hợp, mặc dù người ta vẫn chưa biết liệu các cấu trúc phức hợp này có thể gấp lại hoặc tổng hợp trong tế bào chất của tế bào đích hay không. Nếu thành công, điều này có thể cho phép tạo nên tiến hóa định hướng trong các cấu trúc axit nucleic.[26] Các nhà khoa học tại Đại học Oxford đã tường thuật sự tự tổng hợp của bốn dải DNA ngắn thành một dạng khung có khả năng đi vào bên trong tế bào và tồn tại trong vòng 48 giờ. Các mặt tứ diện DNA này có khả năng duy trì liên lạc trong các tế bào thận người được nuôi cấy trong phòng thí nghiệp bất chấp sự tấn công của các enzym. Thí nghiệm này cho thấy khả năng vận chuyển thuốc vào bên trong tế bào sống sử dụng các khung DNA.[60][61] Một tứ diện DNA tương tự đã được dùng để vận chuyển chất Can thiệp ARN (RNAi) vào một con chuột thí nghiệm, theo một báo cáo của một nhóm nghiên cứu từ MIT. Sự vận chuyển chất can thiệp ARN cho việc điều trị đã bước đầu thành công bằng cách sử dụng  polymer hoặc lipid, nhưng vẫn có những giới hạn về độ an toàn và độ nhắm đích chính xác, cũng như tuổi thọ ngắn trong các tế bào máu.[62][63]