纳米氧化镁的粒径是决定其性能的关键因素，不同粒径范围会带来截然不同的物理和化学特性。

当粒径减小到纳米级别（通常 1-100nm），其比表面积显著增大，表面原子比例升高，导致表面能急剧增加。例如，粒径从 50nm 降至 10nm 时，比表面积可提升数倍，这让纳米氧化镁的反应活性大幅增强，在催化反应中能提供更多活性位点，催化效率显著提高。

粒径还直接影响其力学性能。较小粒径（如 10-30nm）的纳米氧化镁作为复合材料添加剂时，能更均匀地分散在基体中，与基体形成更强的界面结合力，有效提升材料的强度和韧性。而粒径过大则易出现团聚，反而会降低复合材料性能。

在光学性能方面，粒径在 20-50nm 的纳米氧化镁具有独特的紫外屏蔽能力，且透明度较好，适合用于防晒涂料等领域。当粒径小于 20nm 时，其量子尺寸效应显现，光学特性会发生明显变化。

此外，粒径越小，纳米氧化镁的烧结活性越高，在陶瓷制备中可降低烧结温度，节省能源。但过小的粒径（如小于 5nm）会因表面能过高而不稳定，储存和使用时需特殊处理。