在结构上，存在两种基本类型的碳纳米管 (CNT)：单壁纳米管 (SWNT) 和多壁纳米管 (MWNT)，但这些结构中碳原子团的排列也有所不同。碳纳米管本质上是卷起的石墨片，由一系列联锁的六角形六碳原子键构成。这些键可以以三种配置之一排列：锯齿形，它们沿着圆柱形纳米管壁的长度以线性图案交替；扶手椅，其结构是直线键的集合；和手性，其中键以线性方式沿着管的长度向左或直角漂移。
在这一类基本结构中，碳纳米管也因呈直圆柱体或扭曲而变化。某种方式，例如卷曲或支化。已创建的其他形式包括附着有碳巴基球球的纳米管（称为纳米芽）和杯堆ed纳米管，是一系列以管状排列的凹形盘状结构。环面或甜甜圈形状的纳米管结构也已被制成，并具有高磁矩特性，这使得它们可以用作强大的传感器。
女人摆姿势碳纳米管的结构也决定了它们的物理和化学性质，其中扶手椅纳米管在导电性方面始终是金属的，而锯齿形和手性形式是半导体。构成碳纳米管基本六方结构的六个碳键在强分子共价键中彼此间隔约 0.14 纳米。然后，这些卷起的石墨片通过弱范德华力以约 0.3 的距离在多壁纳米管中彼此结合，这些纳米管本质上是圆柱体中的圆柱体。圆柱壁之间的距离为 4 纳米。这种弱分子键允许石墨片结构相互滑动，这使得在铅笔压在纸上等应用中很容易擦掉石墨。
其他类型的碳纳米管包括极端碳纳米管，它们只是自然设计的变体，它们很长、很短或很细。它们可用于建造比钢强 20 至 100 倍的电缆，例如太空电梯，以及可在-321° 至 2,800° 华氏度（-196° 至 1,538°C）温度范围内工作的人造肌肉。 ）。一些极端的纳米管薄膜还能够捕获红外波长的光，称为黑体辐射或热辐射。这将使它们在太阳能电池中发挥作用，太阳能电池可以捕获地球在夜间向太空发射的热量，从而以超过 35% 的效率水平全天候发电，这是两个比传统太阳能电池好五倍。
