คาร์บอนนาโนทิวบ์ โดยเฉพาะแบบหลายชั้น ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในแอปพลิเคชันขั้นสูงต่างๆ เนื่องจากคุณสมบัติทางกล ไฟฟ้า และความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ พวกมันถูกใช้ในการสร้างฟิล์มนำไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ และเซ็นเซอร์ ซึ่งให้ความนำไฟฟ้าสูงและความยืดหยุ่น ในวิทยาศาสตร์วัสดุ พวกมันช่วยเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของคอมโพสิต ทำให้เหมาะสำหรับอุตสาหกรรมอวกาศ ยานยนต์ และก่อสร้าง พื้นที่ผิวสูงและความนำความร้อนทำให้เหมาะสำหรับอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน เช่น ซุปเปอร์คาปาซิเตอร์และแบตเตอรี่ นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันด้านสิ่งแวดล้อม เช่น การกรองน้ำและการดูดซับมลพิษ เนื่องจากโครงสร้างพรุน ในด้านการแพทย์ พวกมันถูกสำรวจสำหรับระบบส่งยาและการถ่ายภาพชีวการแพทย์ โดยใช้ประโยชน์จากความสามารถในการแทรกซึมเซลล์และเนื้อเยื่อ นอกจากนี้ ยังมีการวิจัยในการนำไปใช้ในพลังงานสะอาด เช่น เซลล์แสงอาทิตย์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการผลิตพลังงาน