Cấu trúc độc đáo của ống nano carbon xác định rằng nó có nhiều tính chất vật lý và hóa học đặc biệt. Liên kết cộng hóa trị C=C tạo nên ống nano cacbon là liên kết hóa học ổn định nhất trong tự nhiên nên ống nano cacbon có tính chất cơ học rất ưu việt. Tính toán lý thuyết cho thấy ống nano carbon có độ bền cực cao và độ dẻo dai lớn. Giá trị lý thuyết ước tính mô đun Young có thể đạt tới 5TPa.

Độ dẫn điện tuyệt vời của ống nano carbon làm cho nó phù hợp với lớp phủ chống tĩnh điện, polyme dẫn điện, cao su và các lô nhựa dẫn điện. Độ bền kéo của ống nano cacbon theo phương dọc trục gấp 100 lần thép, trong khi trọng lượng chỉ bằng 1/trọng lượng thép. 6. Nó có thể được sử dụng trong ma trận polymer để tạo thành vật liệu composite gia cố, v.v.

Cấu trúc rỗng nano độc đáo của ống nano carbon, có phân bố kích thước lỗ phù hợp, cấu trúc và hình thái độc đáo và ổn định, đặc biệt là tính chất bề mặt, có thể được sửa đổi bằng các phương pháp khác nhau tùy theo nhu cầu của mọi người, khiến nó phù hợp làm chất mang xúc tác mới.