وجود یک سری مختصات ویژه نانو لوله‌های کربنی ، آن‌ها را به انتخاب ایده‌آلی برای بسیاری از کاربردها تبدیل کرده است. در ادامه به طور مختصر به انواع کاربرد های نانو لوله های کربنی اشاره می‌شود.
تهیه الیاف بوسیله نانو لوله های کربنی
این الیاف محکم و فوق العاده انعطاف‌پذیر بوده و از نظر حرارتی و الکتریکی رساناست. از این الیاف برای تولید نخ‌های فلامینتی استفاده می‌کنند و می‌توانند جایگزین الیاف معمولی در زمینه فیلترها، جلیقه‌های نجات، لباس‌های ضد اشتعال، منسوجات الکترونیکی، ساخت ماهیچه‌های مصنوعی و ابر خازن‌ها شوند این الیاف به علت ویژگی‌های نانو لوله های کربنی به عنوان موادی دوستدار محیط زیست که به مصرف بهینه ی انرژی نیز کمک می نمایند شناخته شده اند.
نانو کامپوزیت های کربنی
نانوکامپوزیت‌های نانولوله‌ای کربنی دارای استحکام بیشتری نسبت کامپوزیت‌های موجود و کامپوزیت‌های مبتنی بر نانو ذرات هستند. از نظر تئوری کاربرد نانولوله‌ها در کامپوزیت‌ها به دلیل استحکام کششی بالا مانع مصرف الیاف کربنی در کامپوزیت‌ها خواهد شد. خواص رسانایی یا حفاظت در برابر اشعه نانولوله‌ها می‌تواند برای کامپوزیت‌ها ارزشمند باشد.
کاربردهای پزشکی نانو لوله کربنی
این نانولوله‌ها می‌توانند به عنوان داربست بافت سلول‌ها عصبی ایفای نقش نمایند از دیگر کاربردهای آن در زمینه پزشکی میتوان به درمان آسیب دیدگی مغز دارورسانی به سلول‌های آسیب دیده، از بین بردن تومور‌های سرطانی و ژن درمانی اشاره کرد.
کاربردها در صنعت نفت
استفاده از نانو لوله‌های کربنی به عنوان نانو کاتالیست برای جذب و ذخیره‌سازی گاز طبیعی و هیدروزن، سولفورزدایی از نفت خام و تولید سوخت (جی تی ال) از مهم‌ترین کاربردهای نانولوله در صنایع نفت و گاز و پتروشیمی می‌باشد.
کاربردهای مکانیکی نانو لوله های کربنی
از کاربردهای آن میتوان به استفاده در موتور خودرو، صنعت رنگ، صنعت بتن، حسگرها، نمایشگرهای گسیل میدانی، ترانزیستورها، حافظه‌های نانو لوله‌ای، درصنعت لاستیک، ساخت نانو ماشین‌ها، پیل‌های خورشیدی و... اشاره کرد.
كاربرد نانو لوله های كربنی در تصفيه آب و فاضلاب
استفاده از نانو لوله های کربنی مزایاي زیادي در تصفیه آب و فاضلاب دارد. این مواد نانو ساختار برخلاف غشاها می‌توانند به‌صورت مجدد مورد استفاده قرار بگیرند. به دلیل طبیعت آب‌گریز نانولوله‌هاي کربنی و جریان تقریباً بدون اصطکاک آب از درون آن‌ها، مصرف انرژي ابزارهاي مبتنی بر این مواد کمتر از ابزارهاي دیگر است و در نتیجه از نظر انرژي مقرون به صرفه هستند. به علاوه میتوان انتخاب‌گري شیمیایی نانو لوله های کربنی را از طریق عامل‌دار کردن افزایش داد تا بتوانند آلاینده‌هاي مختلفی همچون آرسنیک، فلوئور، فلزات سنگین و ترکیبات آلی سمی را هدف بگیرند. با وجود اینکه این مواد قابلیت‌هاي بسیار زیادي در تصفیه آب آشامیدنی دارند، اما کاربرد آن‌ها در حال حاضر محدود است. دلیل این امر دشواري ساخت آرایش‌هاي بسیار منظم از نانولوله‌هاست که در آن‌ها تمام لوله‌هاي منفرد به شکلی منظم کنار هم قرارگرفته و جهت‌گیري یکسانی داشته باشند. نانولوله‌هاي کربنی به دلیل مساحت سطحی بسیار بالا و مقاومت شیمیایی و دمایی بسیار زیاد می‌توانند به عنوان جاذب در تصفیه فاضلاب نیز مورداستفاده قرار بگیرند. در آزمایش‌هایی که با استفاده از سرب، کادمیوم انجام شده‌اند، عملکرد عالی نانولوله‌هاي کربنی نشان داده شده است. همچنین نانولوله‌هاي کربنی توانسته‌اند سه برابر کربن فعال دیوکسین‌ها را جذب نمایند.