Pod względem chemicznym dendrymery są polimerami cechującymi się budową rozgałęzioną, trójwymiarową, o kształcie zbliżonym do kuli. W budowie strukturalnej dendrymerów możemy wyróżnić wielofunkcyjny rdzeń, od którego promieniście odchodzą ramiona dendrymerów, zwane dendronami. Z kolei na końcu dendronów znajdują się wolne grupy funkcyjne, które mogą być zmienione przez różnego rodzaju podstawniki modyfikujące właściwości chemiczne, jak i fizyczne cząsteczki omawianego polimeru.

Dendrymery mogą być wykorzystane jako nośniki małych molekuł, które wykazują aktywność farmakologiczną. Cząsteczki te mogą być umieszczane na powierzchni dendrymeru (przyłączanie do grup powierzchniowych) albo w jego wnętrzu poprzez enkapsulację (zamykanie cząsteczek w jamach dendrymerów).

Łatwość przenikania dendrymerów przez błonę komórkową dała początek badaniom nad wykorzystaniem ich jako niewirusowych transporterów genów. Dendrymery o kationowym ładunku powierzchniowym tworzą łatwo związane siłami elektrostatycznymi kompleksy z ujemnie naładowanymi resztami fosforanowymi kwasów nukleinowych. Wykazują one zwiększoną trwałość oraz wysoką wydajność transportu przez ściany komórkowe. Zastosowanie wirusowych transporterów niesie za sobą pewne ryzyko, jednak można go uniknąć stosując dendrymerowe czynniki transfekcyjne. Poliwalentna struktura dendrymerów może być wykorzystana do tworzenia szczepionek nowej generacji. Obecność licznych grup funkcyjnych na powierzchni cząsteczki daje możliwość przyłączenia do nich wielu kopii identycznych, a także różnych antygenów, dzięki czemu zostaje zwiększona immunogeniczność takich szczepionek.

Nanocząstki te wykazują także silne właściwości przeciwbakteryjne i przeciwwirusowe, a ich działanie polega na opłaszczaniu komórek bakterii lub komórek atakowanych przez bakterie i wirusy, przez co nie dopuszczają one do rozwoju infekcji.

Srebro wykazuje właściwości antybakteryjne. Wykorzystanie dendrymerów do stworzenia nanocząsteczek ma na celu zwiększenie wydajności terapii z wykorzystaniem srebra. Kompleksy tego metalu z różnymi dendrymerami i o różnej zawartości srebra zbadano pod kątem zwalczania drobnoustrojów takich jak między innymi Pseudomonas aeruginosa. Wówczas zaobserwowano wzrost aktywności antybakteryjnej w przypadku soli z dendrymerami karboksylowymi, kiedy wszystkie roztwory azotanu srebra wykazywały mniejszą aktywność. Zakłada się, że dendrymery mogą również posłużyć jako nowoczesna broń w biologii oraz medycynie zakażeń bakteryjnych.

Z kolei kierunek badań nad zastosowaniem dendrymerów per se dotyczy wykorzystania ich do leczenia schorzeń neurodegeneracyjnych, takich jak choroba Parkinsona czy Alzheimera. W każdym z tych przypadków obserwuje się odkładanie w mózgu złogów amyloidowych – fibrylarnych agregatów zbudowanych z białek, ulegających rozproszeniu w zdrowym organizmie. Działanie dendrymerów polega właśnie na rozbijaniu powstałych złogów i hamowaniu tworzenia się nowych. Przeprowadzane są także badania nad zastosowaniem dendrymerów w celu usuwania niektórych endogennych toksyn o hydrofobowym charakterze.