碳納米管由于具有獨特的金屬或半導體導電性、優秀的力學性能、機械強度、吸附能力、場致電子發射性能和寬帶電磁波吸收等性能，在電子信息技術、生物醫藥、航空航天、能源存儲與轉化、催化及環境科學等領域具有廣闊的應用前景。碳納米管在被發現之后立即受到了物理、化學和材料科學界專家的高度關注。
1.電子器件
碳納米管具有優異的力學性能和電學性能，在電子器件領域深受歡迎。
我國在碳納米管觸控屏領域已經取得產業化，此前，天津富納源創科技有限公司通過與清華大學的合作，成功產業化全球碳納米管觸控屏，并為華為等手機廠商配套。碳納米管觸控屏與傳統ITO技術相比具有廉價、柔性、工藝簡單以及低能耗、低污染等優點。
2.新能源材料
導電添加劑是碳納米管一項非常重要的用途。德國朗盛公司和OCSiAl公司合作開發了碳納米管導電添加劑，據悉，這種導電添加劑使用方便，可為水性涂料、電池等提供導電表面，同時不影響這些材料的其他關鍵性能。
同時，碳納米管具有優異的電學性能，在電池領域也應用廣泛。比如，OCSiAl公司的單壁碳納米管可提高鉛酸電池的整體性能，通過添加TUBALL 碳納米管，可在高放電倍率下提高電池容量，延長電池的循環壽命。
3.復合材料
利用碳納米管以提高復合材料的力學性能是比較常見的一種應用方式。
碳納米管并不僅僅是一種導電添加劑，同時也可以起到增強復合材料基體的作用。當碳納米管嵌入材料時，在單壁碳納米管僅為0.01 wt.%的超低負載水平下，可改善材料的性能。單壁碳納米管的添加可提供優異的導電性并起到增強網絡的作用，確保材料具有導電性的同時提高材料的機械性能。
4.航空航天材料
在航空領域也會發現碳納米管的身影，美國NASA開發了超高強度、輕質碳納米管基航空結構材料。外太空探索需要全新的交通車輛、棲息地、電力系統和勘探系統，這些都需要新型材料的支持，并且這些材料甚至會比目前所使用的先進的系統更輕、具有更大的強度。NASA通過與工業合作伙伴以及科研院所合作，將實驗室的先進技術轉化為先進的生產設施，制備足夠數量的先進材料用于NASA的航天任務。
此外，碳納米管還可以加工為碳納米管晶片，應用于納米衛星等航天設備上。NASA研究團隊還開發了專門用于CubeSat（立方衛星）望遠鏡的輕量型鏡片，這是使用環氧樹脂和碳納米管組成的鏡片。
5.其它功能材料
美國特斯拉納米涂料公司曾對外宣布，針對碳納米管防腐涂料開發了具有突破性的濕碰濕（Wet-on-Wet）工藝。這種技術叫做“2×1 Wet Edge”，具有優異的防腐性能，可大幅節省時間和生產成本。這種碳納米管防腐涂料可應用于石油工業、天然氣工業和其他具有惡劣腐蝕性環境的工業。此外，美國陸軍已將特斯拉產品列入其技術解決方案體系。
不難發現，碳納米管在電子器件、新能源材料以及復合材料領域的應用非常廣泛。近年來，世界各國大力發展新能源材料，碳納米管因其優異的電學性能經常被添加到新能源材料中以提高材料的電學性能。因此，在電池電極和導電添加劑等領域碳納米管應用較多，同時碳納米管特殊的中空結構和高比表面積也使其在儲氫領域具有很大的應用潛力。