Η μοναδική δομή των νανοσωλήνων άνθρακα καθορίζει ότι έχει πολλές ειδικές φυσικές και χημικές ιδιότητες.Οι ομοιοπολικοί δεσμοί C = C που αποτελούν τους νανοσωλήνες άνθρακα είναι οι πιο σταθεροί χημικοί δεσμοί στη φύση, επομένως οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν πολύ εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες.Οι θεωρητικοί υπολογισμοί δείχνουν ότι οι νανοσωλήνες άνθρακα έχουν εξαιρετικά υψηλή αντοχή και μεγάλη σκληρότητα.Η θεωρητική τιμή εκτιμά ότι το μέτρο του Young μπορεί να φτάσει τα 5TPa.

Η εξαιρετική αγωγιμότητα των νανοσωλήνων άνθρακα το καθιστά κατάλληλο για αντιστατικές επικαλύψεις, αγώγιμα πολυμερή, καουτσούκ και αγώγιμες κύριες παρτίδες πλαστικών.Η αντοχή εφελκυσμού των νανοσωλήνων άνθρακα στην αξονική διεύθυνση είναι 100 φορές μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα, ενώ το βάρος είναι μόνο 1 / το βάρος του χάλυβα.6. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε πολυμερή μήτρα για να σχηματίσει ενισχυμένα σύνθετα υλικά και ούτω καθεξής.

Η μοναδική νανο κούφια δομή των νανοσωλήνων άνθρακα, η οποία έχει κατάλληλη κατανομή μεγέθους πόρων, μοναδική και σταθερή δομή και μορφολογία, ειδικά επιφανειακές ιδιότητες, μπορεί να τροποποιηθεί με διαφορετικές μεθόδους ανάλογα με τις ανάγκες των ανθρώπων, καθιστώντας την κατάλληλη ως νέος φορέας καταλύτη.