Он владел множеством профессий: был металлургом и оружейным мастером, строителем шлюзов и корабелом, конструктором и механиком-теоретиком, но наибольших успехов достиг в токарном деле. В рукописи Нартова «Театрум Махинарум, или Ясное зрелище махин» описывается более 20 изобретенных им токарных, токарно-копировальных, токарно-винторезных станков различных конструкций.
Оценив талант Нартова, Петр I сделал его своим личным токарем.
О знаменитом мастере вспомнили совсем недавно, когда была возрождена изобретенная им персонная махина — своего рода объемный механический ксерокс начала XVIII века. Эта конструкция почти без участия человека с точностью вытачивает из кости и дерева рельефные медальоны по заданным образцам-копирам. Изобретенный Нартовым в 1710-1714 годах механизированный суппорт персонных махин послужил основой для последующей разработки и постройки первых производственных металлорежущих станков, что привело к началу промышленной революции в Европе. С 1998 года уникальный станок находится в Петропавловском соборе.
Кроме того, Нартову приписывается изобретение оптического прицела.