نانولوله‌های کربنی دو جداره، نانولوله‌های توخالی بدون درز هستند که از پیچ‌شدن دو لایه ورقه‌های گرافن تشکیل شده‌اند.ساختار آن بین نانولوله های کربنی تک جداره و چند جداره است و بیشتر خواص آنها را دارد.

DWNT می تواند به عنوان یک سنسور گاز، به عنوان یک ماده حساس برای تشخیص گازهایی مانند H2، NH3، NO2 یا O2 و غیره استفاده شود، که در کاربردهای فنی سخت، مانند نمایشگرهای انتشار میدان و دستگاه های فتوولتائیک استفاده می شود.

به دلیل رسانایی الکترونیکی بالاتر، نانولوله های کربنی می توانند به عنوان یک عامل رسانا در باتری های لیتیومی عمل کنند که معادل نقش "رساناها" در شبکه رسانای باتری های لیتیومی است.ظرفیت ذخیره‌سازی کربن نانولوله‌های کربنی بسیار بیشتر از مواد کربنی سنتی مانند گرافیت طبیعی، گرافیت مصنوعی و کربن آمورف است.بنابراین، استفاده از نانولوله های کربنی به عنوان عامل رسانای باتری لیتیومی می تواند ظرفیت و عمر چرخه باتری های لیتیومی را تا حد زیادی افزایش دهد.نانولوله های کربنی دارای یک اثر دو لایه الکتریکی هستند که منجر به بهبود عملکرد شارژ و دشارژ باتری با سرعت زیاد می شود.در عین حال، میزان نانولوله‌های کربنی مورد استفاده در باتری‌های لیتیومی کم است که می‌تواند محتوای مواد رسانا را در باتری‌های لیتیومی کاهش دهد.رسانایی حرارتی خوب آن همچنین منجر به اتلاف گرما در هنگام شارژ و دشارژ باتری می شود.