De unieke structuur van koolstofnanobuisjes zorgt ervoor dat het veel bijzondere fysische en chemische eigenschappen heeft. De covalente C = C-bindingen waaruit koolstofnanobuisjes bestaan, zijn de meest stabiele chemische bindingen in de natuur, dus koolstofnanobuisjes hebben zeer uitstekende mechanische eigenschappen. Theoretische berekeningen tonen aan dat koolstofnanobuisjes een extreem hoge sterkte en grote taaiheid hebben. De theoretische waarde schat dat de modulus van Young 5TPa kan bereiken.

De uitstekende geleidbaarheid van koolstofnanobuisjes maakt het geschikt voor antistatische coatings, geleidende polymeren, rubbers en geleidende plastic masterbatches. De treksterkte van koolstofnanobuisjes in de axiale richting is 100 maal die van staal, terwijl het gewicht slechts 1/het gewicht van staal bedraagt. 6. Het kan in polymeermatrix worden gebruikt om versterkte composietmaterialen enzovoort te vormen.

De unieke holle nanostructuur van koolstofnanobuisjes, die een geschikte poriegrootteverdeling, een unieke en stabiele structuur en morfologie, vooral oppervlakte-eigenschappen, heeft, kan op verschillende manieren worden aangepast aan de behoeften van mensen, waardoor het geschikt wordt als nieuwe katalysatordrager.