Karbon nanotüplerin benzersiz yapısı, birçok özel fiziksel ve kimyasal özelliğe sahip olduğunu belirler.Karbon nanotüpleri oluşturan C = C kovalent bağları doğadaki en kararlı kimyasal bağlardır, dolayısıyla karbon nanotüpler çok mükemmel mekanik özelliklere sahiptir.Teorik hesaplamalar, karbon nanotüplerin son derece yüksek mukavemete ve büyük tokluğa sahip olduğunu göstermektedir.Teorik değer, Young modülünün 5TPa'ya ulaşabileceğini tahmin etmektedir.

Karbon nanotüplerin mükemmel iletkenliği, onu anti-statik kaplamalar, iletken polimerler, kauçuklar ve iletken plastik ana partiler için uygun hale getirir.Karbon nanotüplerin eksenel yönde çekme mukavemeti çeliğin 100 katı iken ağırlığı çeliğin ağırlığının sadece 1/1'idir.6. Güçlendirilmiş kompozit malzemeler vb. oluşturmak için polimer matriste kullanılabilir.

Uygun bir gözenek boyutu dağılımına, benzersiz ve kararlı yapı ve morfolojiye, özellikle yüzey özelliklerine sahip olan karbon nanotüplerin benzersiz nano içi boş yapısı, insanların ihtiyaçlarına göre farklı yöntemlerle değiştirilebilmesi, onu yeni bir katalizör taşıyıcısı olarak uygun hale getirmektedir.