สารละลายคาร์บอนนาโนทูบถูกใช้ในหลายด้านเนื่องจากมีคุณสมบัติพิเศษ เช่น ความนำไฟฟ้าสูง ความแข็งแรงทางกลดีเยี่ยม และน้ำหนักเบา หนึ่งในแอปพลิเคชันหลักคือการใช้ในอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ เช่น การผลิตทรานซิสเตอร์ จอแสดงผลแบบยืดหยุ่น และวงจรอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องการวัสดุนำไฟฟ้าประสิทธิภาพสูง

นอกจากนี้ยังนิยมใช้เป็นสารเสริมแรงในวัสดุคอมโพสิต เช่น พลาสติกหรือยาง เพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความทนทาน โดยไม่เพิ่มน้ำหนักมาก ทำให้เหมาะกับอุตสาหกรรมยานยนต์และอากาศยาน

ในด้านพลังงาน สารละลายคาร์บอนนาโนทูบถูกนำไปใช้ในแบตเตอรี่และซูเปอร์แคปาซิเตอร์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการเก็บและถ่ายเทพลังงาน อีกทั้งยังมีการวิจัยใช้ในเซลล์แสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มการดูดซับแสงและนำไฟฟ้า

ในงานเซนเซอร์ ใช้ตรวจจับก๊าซ สารชีวโมเลกุล และมลพิษทางสิ่งแวดล้อม เนื่องจากมีพื้นที่ผิวสูงและความไวสูง

ในงานทางการแพทย์และชีวภาพ สารละลายนี้ถูกพัฒนาเพื่อใช้ในการส่งยาเฉพาะจุด การถ่ายภาพ และเป็นเซนเซอร์ตรวจจับสารชีวโมเลกุล เนื่องจากสามารถแทรกซึมเข้าสู่เซลล์ได้ดีและมีพื้นที่ผิวสัมผัสสูง นอกจากนี้ยังใช้ในเมมเบรนกรองสำหรับการบำบัดน้ำและการกลั่นเกลือทะเล