The present invention relates to novel totally-mesoporous zirconium oxide nanoparticles as well as a sol-gel synthesis process thereof which include an innovative nanoparticles purification step. Said nanoparticles are characterized by a totally-mesoporous structure i.e. a distribution of pores within the so-called the mesoporous range uniformly distributed throughout the entire nanoparticle volume. Furthermore, said nanoparticles are non-cytotoxic and present a high surface area, which make particularly suitable in both biomedical and industrial applications (e.g. drug delivery, heavy metals ion sequestration). The manufacturing method is simple and advantageously allows for high control over the shape and diameter of the nanoparticles as well as over the nanoparticles pores.La présente invention concerne de nouvelles nanoparticules d'oxyde de zirconium totalement mésoporeuses, ainsi qu'un procédé de synthèse sol-gel associé qui comprend une étape innovante de purification de nanoparticules. Lesdites nanoparticules sont caractérisées par une structure totalement mésoporeuse, c'est-à-dire qui présente une distribution de pores, à l'intérieur de ce qu'on appelle la plage mésoporeuse, uniformément répartie à travers tout le volume des nanoparticules. En outre, lesdites nanoparticules sont non cytotoxiques et présentent une surface de contact élevée, ce qui les rend particulièrement appropriées à la fois aux applications biomédicales et industrielles (par exemple l'administration de médicaments, la séquestration d'ions de métaux lourds). Le procédé de fabrication est simple et permet, de manière profitable, une régulation élevée de la taille et du diamètre des nanoparticules ainsi que des pores des nanoparticules.