碳納米管是一維納米材料，重量輕，六邊形結構連接完美，具有許多優越的力學、電學和化學性能。碳納米管的獨特結構決定了它具有許多比較特殊的物理和化學性質。組成碳納米管的 C=C 共價鍵是自然界中最穩定的化學鍵，所以使得碳納米管具有非常優越的力學性能。理論計算顯示，碳納米管具有極高的強度和極大的韌性。其楊氏模量理論估計值可達 5TPa。科學家首次利用 TEM 測量了溫度從室溫到 800 度變化范圍內多壁碳納米管的均方振幅，從而推導出多壁碳納米管的平均楊氏模量約為 1.8Tpa。碳納米管無論是強度還是韌性，都遠遠優于任何纖維，被認為是未來的“超級纖維”。科學家預言碳納米管可能成為一種新型的高強度碳纖維材料，既具有碳素材料的特有本性，又具有金屬材料的導電和導熱性，陶瓷材料的耐熱和耐腐蝕性，紡織纖維的可編織性，以及高分子材料的輕質、易加工性。將碳納米管作為復合材料可以表現出良好的強度、彈性、抗疲勞性，可以預測碳納米管的加入將可能給復合材料性能帶來一次質的飛躍。用納米管制作復合材料的研究首先是在金屬基上進行的，如：Fe/碳納米管、Al/碳納米管、Ni/碳納米管、Cu/碳納米管等。近年來，碳納米管復合材料的研究重心已轉移到高分子/碳納米管復合材料方面，如在輕質高強度的材料中，使用碳纖維作為增強材料，碳納米管的機械性能及其小的直徑和大的長徑比將會帶來更好的效果。