奈米碳酸鈣具有多晶型、表面效應、小尺寸效應等特點，具有良好的生物相容性和生物降解性，這使得其在藥物傳輸、組織修復、生物感測等方面具有巨大的應用潛力。
1. 標靶藥物
奈米碳酸鈣可作為多種疏水性和親水性藥物的載體。其緩慢的生物降解特性使得藥物在病灶區域停留的時間更長，為藥物的持續釋放提供了保證。同時，奈米碳酸鈣的多晶型轉變與pH值密切相關，晶型轉變可顯著影響載藥量。利用酸鹼環境作為藥物釋放的觸發因素，促進藥物在腫瘤酸性環境中的控釋，可顯著提高標靶治療的效率。
此外，奈米碳酸鈣具有更強的滲透力和更高的載藥量，可以延長在血液中的循環時間，在標靶治療中具有更高的效率和穩定性。
多孔奈米碳酸鈣可負載抗腫瘤藥物、酵素等生物大分子，並在生物系統中持續釋放；施等人。發現經聚丙烯酸處理的多孔奈米碳酸鈣可有效負載阿黴素，負載效率達60%以上，且其介孔性表現出高載藥量和高釋放速率，具有顯著的抗腫瘤作用；採用多孔奈米碳酸鈣負載阿黴素，負載效率98%，負載量49%。研究顯示，pH值為5.0時，奈米碳酸鈣釋放鈣離子，催化凝血酶合成，形成血栓阻塞腫瘤血管，pH值為7.4時不形成血栓。其pH敏感性在腫瘤飢餓治療上具有應用價值。
2.組織修復
從組織修復的角度來看，奈米碳酸鈣是一種理想的組織修復材料。
透過在修復聚合物中添加奈米碳酸鈣，改變了齲齒相關病原體的抗菌活性，不僅延長了修復聚合物的使用壽命，而且起到了預防齲齒及相關疾病的作用；在抗菌黏接劑中添加奈米碳酸鈣，研究奈米碳酸鈣對抗菌黏接劑與牙本質黏接強度的影響，結果顯示奈米碳酸鈣對黏合強度沒有不良影響。
3. 生物感測器
由於量子點效應，奈米碳酸鈣具有響應快、幾乎無幹擾的特性，可作為理想的顯影劑和生物標記。
製備多壁碳奈米管/奈米碳酸鈣複合材料，作為生物感測器檢測多巴胺水平，從而治療神經元疾病；首先利用海藻酸鹽凝膠製備負載人類抗淋巴球球蛋白的一維棒狀奈米碳酸鈣，再透過希夫鹼反應在表面生成共軛陽離子聚合物。共軛陽離子聚合物最終與多巴胺共同作用，在低功率密度近紅外線照射下表現出溫和的熱療和基因轉染功能。