Las grandes líneas de investigación de la red NanoMolNet son:

a) Materiales bidimensionales
b) Espintrónica molecular
c) Electrónica molecular
d) Nuevos materiales molecular funcionales

a) Materiales bidimensionales
La investigación sobre materiales bi-dimensionales tales como el grafeno y otros sistemas laminares (dicalcogenuros semiconductores, metálicos y superconductores; haluros metálicos magnéticos; hidróxidos laminares magnéticos), su crecimiento sobre superficies, su funcionalización química, la creación de heteroestructuras y materiales híbridos, el estudio de sus propiedades físicas en la nanoescala y, finalmente, el desarrollo de aplicaciones en el campo de la energía, la espintrónica y las tecnologías cuánticas.

b) Espintrónica molecular
La espintrónica molecular comprende tanto la espintrónica orgánica y la fabricación de dispositivos espintrónicos, como la espintrónica en la nanoescala (diseño de moléculas y su estudio en superficies, fabricación de nanodispositivos moleculares, manipulación eléctrica del espín a la nanoescala y utilización de moléculas magnéticas como qubits de espín en computación cuántica).

c) Electrónica molecular
La investigación sobre la electrónica molecular incluye principalmente el estudio y desarrollo de de dispositivos optoelectrónicos moleculares (células fotovoltaicas, OLEDs, OFETs, etc.).

d) Nuevos materiales moleculares funcionales
La investigación sobre nuevos materiales moleculares funcionales tales como los basados en Redes Metal-Orgánicas (MOFs) y Redes Orgánicas Covalentes (COFs) y sus aplicaciones en energía, medicina, electrónica, etc.