Una parte importante de la investigación sobre rotaxanos y otras arquitecturas moleculares mecánicamente entrelazadas, tales como los catenanos, se ha centrado en conseguir una síntesis eficiente.
Las tres estrategias más comunes para sintetizar rotaxanos son "tapado" (capping), "recorte" (clipping), y "deslizamiento" (slipping),[3] aunque existen otras.
[6] La síntesis por el método de tapado se basa en gran medida en un efecto plantilla termodinámicamente impulsado, es decir, la parte intermedia de la molécula recta se lleva dentro del "macrociclo" mediante interacciones no covalentes.
[9][10] Estas máquinas moleculares generalmente se basan en el movimiento del macrociclo sobre la molécula central.
Estas máquinas basadas en rotaxanos se pueden manipular tanto por agentes químicos[11] y fotoquímicos.
[13][14] En 2009, se informó sobre un "efecto dominó" de un extremo a otro en una máquina molecular basada en glicorotaxano.
[16][17] En estudios con ciclodextrina se protegieron colorantes azo basados en rotaxanos, quedando establecida esta característica.