グラフェンをある軸に対して丸めてチューブ状にしたナノ材料であり、一層のものを単層カーボンナノチューブ、複数層のものを多層カーボンナノチューブといいます。

​直径は0.6~数十nmであるのに対し、長さはミクロンオーダーであり、一次元のナノ材料といわれています。

カーボンナノチューブは従来の常識を超える多くの物理的性質（力学・電気・熱）や科学的特性を持っています。特に力学的性質は​人類が発見した材料の中でも最も優れていると言われています。

例を挙げると、鋼鉄と比較して引張強度は100倍、ヤング率は5倍もあり、密度は6分の1です。

​これらの性質は同じ炭素原子からなる炭素繊維生地も上回っています。