本书共分为三部分，第一部分的主要内容包括蒙特卡罗方法、经典分子动力学方法、第一性原理方法、紧束缚近似方法、格林函数方法以及先进的结构优化算法；第二部分提供大量有关纳米材料设计与性能分析的研究实例，主要内容包括纳米团簇的结构与性能设计、碳纳米管复合材料的结构与性能设计、石墨烯纳米结构的生长与形貌控制、石墨烯纳米条带电子输运的调控、二维纳米材料的电子性质调控、低维纳米材料的掺杂效应、新型石墨烯纳米结构的电声子输运等；第三部分，即附录部分包括并行计算简介和数值计算基础。