Основные условия самоассемблирования. Для успешного завершения процесса самоассемблирования каждая часть будущей структуры должна:

• быть изначально рассчитана и сконструирована так, чтобы в финале образовывался стабильный комплекс;
• содержать в себе всю информацию, которая будет необходима в процессе самосборки, программируя весь механизм ассемблирования, в том числе и защиту от образования неправильно собранных структур

Принципы самоассемблирования. Общие принципы конструирования, которые используются в природных бионаномашинах, обеспечивая самоассемблирование следующие:

• модульность
• тщательная проработка межмодульных интерфейсов;
• обеспечение уникальности взаимодействий между субъединицами;
• обеспечение спонтанности самоассемблирования;
• кооперативность.

Модульность обеспечивает несколько преимуществ. Во-первых, большие комплексы могут быть образованы из множества идентичных модулей, как стены складываются из кирпичей. Это позволяет программировать образование больших структур небольшим количеством информации. В биосистемах особая симметрия идентичных субъединиц зачастую используется, чтобы управлять процессом и контролировать размер и форму конечной структуры, которая ассемблируются. Модульность также облегчает контроль ошибок самоассемблирования. Те модули, которые неверно встроились в создаваемую структуру могут быть удалены ещё в процессе самоассемблирования.

Межмодульные интерфейсы. Самоассемблирование требует специфической геометрии взаимодействий между модулями. Модули ассемблируются только во вполне определённых взаимных ориентациях, образуя структуру со вполне определённой геометрией, а не разупорядоченный агрегат. Это достигается детальной проработкой поверхностей модулей, которые комплементарны друг другу по форме и взаимодействуют друг с другом посредством множества слабых нековалентных взаимодействий, тех взаимодействий, которые обеспечивают молекулярное распознавание. Такое сочетание топологического и химического подобия поверхностей модулей называют межмодульным интерфейсом

Уникальность взаимодействий. Самоассемблирование предполагает уникальность взаимодействий между субъединицами. Для данной системы каждое из взаимодействий, которое используется для самоассемблирования, должно быть уникальным и отличаться от других взаимодействий настолько, чтобы исключить разночтение встроенных "инструкций", которое может привести к ошибочному соединению частей.

В масштабах клетки этот принцип требует существования тысяч и тысяч уникальных межмодульных интерфейсов. Для малых молекул следование этому принципу составляет существенную проблему, поскольку их поверхность слишком мала для обеспечения уникальности взаимодействия. Например, именно эта проблема является одной из основных при разработке лекарственных препаратов. Малые органические молекулы, которые разрабатываются в качестве лекарств, должны идеально находить только один (целевой) белок-мишень, однако, эти молекулы зачастую также связываются и с другими белками, которые имеют центры связывания лигандов аналогичные активному центру белка-мишени, тем самым, вызывая нежелательные побочные эффекты действия лекарств. Эта проблема не столь критична для межбелкового взаимодействия, поскольку ассемблирующиеся поверхности белков обычно намного больше, чем поверхность взаимодействия белка с малой органической молекулой.

Спонтанность самоассемблирования. Самоассемблирование должно быть самопроизвольным, не требующим дополнительной информации или энергии от внешнего источника. Финальная структура самоассемблирующегося комплекса определяется термодинамикой. То есть на этапе конструирования необходимо тщательно учитывать баланс между энтальпийным и энтропийным вкладами. Энтальпия самоассемблирования, вследствие образования множества ван-дер-ваальсовых и водородных связей, как правило, стимулирует формирование комплекса, в то время как энтропия объединения множества изначально свободных субъединиц в единый комплекс препятствует самоассемблированию.

Кооперативность процесса, когда присоединение одного модуля облегчает присоединение последующих модулей, часто меняет кинетику процесса спонтанного ассемблирования. Это часто приводит к реализации принципа "всё или ничего" ("all-or-nothing"), при котором, если самоассемблирование начинается, то далее уже происходит быстрая сборка всего комплекса. Таким образом, самоассемблирующиеся структуры являются модульными, для их образования необходима специфическая геометрия взаимодействий между модулями и в случае 4 сложного окружения, необходима уникальность взаимодействия субъединиц.