Penelitian dan pengembangan ini dilatarbelakangi berdasarkan kemampuan literasi sains siswa yang rendah dan masih sedikitnya bahan ajar pada materi nanoteknologi yang digunakan sebagai penunjang kegiatan belajar kimia di SMAN 15 Semarang. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui karakteristik dan kelayakan produk berupa e-module berbasis problem based learning pada materi struktur atom-keunggulan nanomaterial. Penelitian ini menggunakan pengembangan 4-D, meliputi Define, Design, Develop, dan Desiminate. Subjek penelitian ini yaitu 9 siswa kelas X-10 SMAN 15 Semarang. Karakteristik e-module hasil pengembangan berupa flipbook digital yang menyajikan langkah kegiatan belajar sesuai sintaks problem based learning. Problem based learning terlihat pada semua sub materi yang terdapat pada bab struktur atom-keunggulan nanomaterial. Langkah problem based learning di setiap kegiatan pembelajaran salah satu contohnya pada orientasi masalah sub materi nanoteknologi disajikannya suatu permasalahan berupa gambar seputar keunggulan material nanoteknologi, kemudian peserta didik diarahkan untuk berkelompok mendiskusikan perbedaan material nanoteknologi dan non-nanoteknologi, pada tahap penyelidikan peserta didik diarahkan untuk mencari informasi sehingga dapat menjawab keunggulan dari material nanoteknologi, di tahap selanjutnya peserta didik akan menyampaikan semua informasi yang didapat, kemudian pada tahap terakhir peserta didik akan merefleksikan serta mengevaluasi kegiatan yang dilakukan. Kualitas e-module dinilai oleh validator ahli materi dan ahli media, mendapatkan nilai tinggi yaitu 0,83 dan 0,86, sedangkan hasil respons peserta didik memperoleh persentase 87% dengan kategori sangat baik, sehingga diharapkan e-module dapat digunakan sebagai sumber belajar yang baik untuk peserta didik dan perlu diuji lebih lanjut pada kelas besar agar dapat mengetahui tingkat keefktifannya dalam pembelajaran.