โครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของท่อนาโนคาร์บอนทำให้มีคุณสมบัติพิเศษทางกายภาพและทางเคมีหลายประการพันธะโควาเลนต์ C = C ที่ประกอบกันเป็นท่อนาโนคาร์บอนเป็นพันธะเคมีที่เสถียรที่สุดในธรรมชาติ ดังนั้นท่อนาโนคาร์บอนจึงมีสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมมากการคำนวณทางทฤษฎีแสดงให้เห็นว่าท่อนาโนคาร์บอนมีความแข็งแรงสูงมากและมีความเหนียวมากค่าทางทฤษฎีประมาณว่าโมดูลัสของ Young สามารถเข้าถึง 5TPa

การนำไฟฟ้าที่ดีเยี่ยมของท่อนาโนคาร์บอนทำให้เหมาะสำหรับการเคลือบป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ โพลิเมอร์นำไฟฟ้า ยาง และชุดต้นแบบพลาสติกที่นำไฟฟ้าได้ความต้านทานแรงดึงของท่อนาโนคาร์บอนในแนวแกนเป็น 100 เท่าของเหล็ก ในขณะที่น้ำหนักเพียง 1/น้ำหนักเหล็ก6. สามารถใช้ในพอลิเมอร์เมทริกซ์เพื่อสร้างวัสดุคอมโพสิตเสริมแรงและอื่น ๆ

โครงสร้างนาโนกลวงอันเป็นเอกลักษณ์ของท่อนาโนคาร์บอนซึ่งมีการกระจายขนาดรูพรุนที่เหมาะสม โครงสร้างและสัณฐานวิทยาที่เป็นเอกลักษณ์และมั่นคง โดยเฉพาะคุณสมบัติพื้นผิว สามารถแก้ไขได้ด้วยวิธีการต่างๆ กันตามความต้องการของผู้คน ทำให้เหมาะเป็นตัวพาตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใหม่