يحدد الهيكل الفريد لأنابيب الكربون النانوية أنها تحتوي على العديد من الخصائص الفيزيائية والكيميائية الخاصة. تعتبر الروابط التساهمية C = C التي تشكل أنابيب الكربون النانوية هي الروابط الكيميائية الأكثر استقرارًا في الطبيعة، لذلك تتمتع أنابيب الكربون النانوية بخصائص ميكانيكية ممتازة جدًا. تظهر الحسابات النظرية أن أنابيب الكربون النانوية تتمتع بقوة عالية للغاية وصلابة كبيرة. تقدر القيمة النظرية أن معامل يونج يمكن أن يصل إلى 5TPa.

إن الموصلية الممتازة لأنابيب الكربون النانوية تجعلها مناسبة للطلاءات المضادة للكهرباء الساكنة والبوليمرات الموصلة والمطاط والدفعات الرئيسية البلاستيكية الموصلة. تبلغ قوة الشد لأنابيب الكربون النانوية في الاتجاه المحوري 100 مرة قوة الشد للفولاذ، بينما يبلغ وزنها 1/ وزن الفولاذ فقط. 6. يمكن استخدامه في مصفوفة البوليمر لتشكيل مواد مركبة معززة وما إلى ذلك.

يمكن تعديل البنية المجوفة النانوية الفريدة للأنابيب النانوية الكربونية، والتي تتميز بتوزيع مناسب لحجم المسام، وبنية وتشكل فريدة ومستقرة، وخاصة خصائص السطح، بطرق مختلفة وفقًا لاحتياجات الأشخاص، مما يجعلها مناسبة كحامل محفز جديد.