המבנה הייחודי של ננו-צינוריות פחמן קובע שיש לה תכונות פיסיקליות וכימיות מיוחדות רבות. הקשרים הקוולנטיים C = C המרכיבים את ננו-צינוריות הפחמן הם הקשרים הכימיים היציבים ביותר בטבע, ולכן לננו-צינוריות פחמן יש תכונות מכניות מצוינות מאוד. חישובים תיאורטיים מראים שלננו-צינוריות פחמן חוזק גבוה במיוחד וקשיחות רבה. הערך התיאורטי מעריך שהמודלוס של יאנג יכול להגיע ל-5TPa.

המוליכות המצוינת של ננו-צינורות פחמן הופכת אותו למתאים לציפויים אנטי-סטטיים, פולימרים מוליכים, גומיות וקבוצות מאסטר מפלסטיק מוליכות. חוזק המתיחה של ננו-צינורות פחמן בכיוון הצירי הוא פי 100 מזה של פלדה, בעוד המשקל הוא רק 1/משקל הפלדה. 6. ניתן להשתמש בו במטריצת פולימר ליצירת חומרים מרוכבים מחוזקים וכן הלאה.

מבנה הננו החלול הייחודי של ננו-צינוריות פחמן, בעל פיזור גודל נקבוביות מתאים, מבנה ומורפולוגיה ייחודיים ויציבים, במיוחד תכונות פני השטח, ניתנים לשינוי בשיטות שונות בהתאם לצרכי האנשים, מה שהופך אותו למתאים כנשא זרז חדש.