คาร์บอนนาโนทิวบ์ โดยเฉพาะแบบสองชั้น มีคุณสมบัติเชิงกล ไฟฟ้า และความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ ทำให้มีคุณค่ามาก พวกมันถูกใช้อย่างกว้างขวางในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์สำหรับสร้างฟิล์มนำไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ และเซนเซอร์ เนื่องจากมีค่าการนำไฟฟ้าและความแข็งแรงที่ยอดเยี่ยม ในวิทยาศาสตร์วัสดุ พวกมันช่วยเพิ่มความทนทานและประสิทธิภาพของวัสดุผสม ทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ ยานยนต์ และสินค้าชีฬา พื้นที่ผิวสูงและรูพรุนของพวกมันยังทำให้เหมาะสำหรับการเก็บพลังงาน เช่น ในซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และแบตเตอรี่ นอกจากนี้ ยังถูกใช้ในสาขาการแพทย์ชีวภาพสำหรับระบบส่งยาและสารคอนทราสต์สำหรับการถ่ายภาพ โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถในการแทรกซึมเข้าสู่เซลล์และเนื้อเยื่ออย่างมีประสิทธิภาพ การประยุกต์ใช้ด้านสิ่งแวดล้อมรวมถึงการกรองน้ำและการกำจัดมลพิษ โดยใช้ความสามารถในการดูดซับเพื่อจับสารปนเปื้อน