第一任執行領導人
導演：白春麗（兼任）。
副主任：林建華（2024年）4-2005.12） 康克軍， 查連芳， 王晨， 朱星 （2005.12-2008.5）
第二任行政領導
導演：王晨。
副導演：查連芳、朱星、康克軍、趙玉良（2011）4-2013.6） 唐玉華 （2011.）12-2013.6）
熊國祥 （2011.）12-2013.6）
第三任行政領導
導演：劉明華。
副導演：趙玉良 唐玉華 （2013.）6-2018.4） 熊國祥 （2013.）6-2017.6）朱星薛啟坤。
唐志勇 （2017.）6-2018.9）
第四任行政領導
導演：趙玉良。
副導演：歐龍新、唐志勇、魏志祥（2018）9-2022.12） 薛啟坤 （2018.）9-2019.7）張瑾。
鄧寧 （2019.）7-2023.11）
現任領導層
唐志勇，男，2024年出生，湖南人，中科院院士，研究員，博士生導師。 國家傑出青年計畫獲得者、國家相關人才計畫領軍人才、科技部國家奈米重大科研計畫首席科學家、國家自然科學委員會創新組組長，享受特殊津貼。
歐龍新，男，2024年11月出生於北京，原籍重慶。 中 ** 成員。 2024年獲得中國政法大學法學學士學位。 2024年獲中國科學院研究生院科學技術哲學碩士學位。 2024年，他是加州州立大學海沃德分校和加州大學伯克利分校的訪問學者。 2024年獲中國科學院研究生院科學技術哲學博士學位。 2024年至2024年，任中國科學院地質研究所（現地質與地球物理研究所）人事處工作人員。 2024年至2024年先後在中科院人事局辦公室、部署部、辦公廳秘書處工作，歷任副總參謀長、總參謀長、副處長、處長。2024年至2024年任國家奈米科學中心總務部主任助理、主任，黨委委員，紀委副書記，工會主席。 2024年至2024年任中科院北京分院副院長、黨組成員，兼任分部黨總支書記。 2024年至2024年，任中科院北京綜合研究中心籌備組副組長。 2024年至2024年任中科院北京分院副院長、黨組成員，兼任分院黨總支書記。 2014.03-2018.10、中國科學院地質地球科學研究所黨委書記、副所長。
熊國祥，男，2024年9月出生，河南省淮陽縣人，碩士、博士。 2024年8月入職，2024年6月加入中國共產黨。 2024年畢業於鄭州大學化學系，獲學士學位2024年獲南開大學化學碩士學位2024年獲中國科學院光化學研究所博士學位2024年7月赴美國牛津大學做高階訪問學者。 歷任中科院基礎科學局綜合處副處長、處長、處長助理象山科學大會辦公室主任、學術秘書。 曾任中國發展戰略研究會創新戰略專家委員會秘書。
2024年12月至2024年6月，任國家奈米科學中心副主任，參與籌建中國科學院北京奈米能源與系統研究所。 2024年6月任國家奈米科學中心紀委書記。 2024年7月任國家奈米科學中心黨委副書記、紀委書記。
聶廣軍，男，2024年出生，遼寧人，中學部成員，研究員，博士生導師，國科大特聘教授。 國家傑出青年計畫獲得者、國家相關人才計畫領軍人才、國家重大科研計畫首席科學家、國家重點研發計畫首席科學家，享受特殊津貼。
石興華，男，2024年出生，江蘇人，中專院校成員，研究員，博士生導師，國科大特聘教授。 國家傑出青年計畫獲得者，國家重點研發計畫“奈米前沿”首席科學家。
彭海林，男，2024年出生，湖南九三學會人，北京大學博雅特聘教授，博士生導師。 國家傑出青年科學家、教育部長江學者特聘教授、國家相關人才計畫領軍人才、國家重點研發計畫首席科學家、中國化學會會士、學位委員會奈米科學與工程學科評審組成員。
李水清，男，2024年出生，山東人，中學部成員，教授、博士生導師。 國家傑出青年科學獎獲得者，國家相關人才計畫領軍人才。
彼於2024年7月獲得浙江大學熱動力工程學士學位，於2024年7月獲得浙江大學工程熱物理博士學位，並於2024年7月至2024年9月在清華大學熱能工程系從事博士後研究。 他於2024年10月加入清華大學，曾在利茲大學、愛荷華大學、普林斯頓大學、耶魯大學和亞琛工業大學擔任訪問學者。 現任清華大學研究院副院長、中國工程熱物理學會理事、燃燒分會副主任、中國宇航學會空間科學與實驗委員會副主任、科技部“十四五”煤炭清潔高效利用技術總專家組副組長。 主要從事低碳燃燒能源技術、先進空間推進動力、多相粒子輸運及新能源材料合成技術的研究，發表SCI論文180餘篇，授權專利20餘項，曾獲教育部自然科學獎一等獎、中國發明協會發明創業獎一等獎。
2024年10月，他被任命為國家奈米科學中心副主任。