Zur Analyse von Sensordaten und zur Steuerung von Fortbewegung, Kommunikation oder Manipulationswerkzeugen verwenden Nanoroboter in der Regel optronische Bauelemente. Hierbei werden bevorzugt diskrete optische Prozessoren eingesetzt, die auch bei Extremtemperaturen zuverlässig arbeiten und gegen die elektromagnetischen Interferenzen, die auch von den anderen Bauelementen stammen und nicht abgeschirmt werden können, unempfänglich sind.

Als Speicherelemente werden in der Regel holografische Speicher verwendet. Da Schreiblesespeicher sich weitaus schlechter verkleinern lassen, sind das Betriebssystem und das Programm eines Nanoroboters in der Regel in Form von Nur-Lesespeichern integriert und damit nicht veränderbar. Lediglich ein relativ kleiner Arbeitsspeicher ist als Schreiblesespeicher gehalten. Gelegentlich erhalten Naniten auch einen zusätzlichen Speicher, der sich nur einmal beschreiben lässt und von der Miniaturisierung zwischen den Nur-Lesespeichern und Schreiblesespeichern liegt. In diesem Speicher werden dann häufig bestimmte unveränderbare Funktionsparameter des integrierten Programms hinterlegt.

Ist es bei einem Naniten gewünscht, dass sein Programm verändert werden kann, wirkt sich das negativ auf seine Größe aus. Frei programmierbare Nanoroboter sind je nach Komplexität der gewünschten möglichen Programmierung doppelt bis hundertmal so groß wie die vorprogrammierten Modelle. Abgesehen davon existieren für den Markt der frei programmierbaren Nanoroboter starke Einschränkungen, um den Missbrauch dieser Technologie zu vermeiden.