碳纳米管由于具有独特的金属或半导体导电性、优秀的力学性能、机械强度、吸附能力、场致电子发射性能和宽带电磁波吸收等性能，在电子信息技术、生物医药、航空航天、能源存储与转化、催化及环境科学等领域具有广阔的应用前景。碳纳米管在被发现之后立即受到了物理、化学和材料科学界专家的高度关注。
1.电子器件
碳纳米管具有优异的力学性能和电学性能，在电子器件领域深受欢迎。
我国在碳纳米管触控屏领域已经取得产业化，此前，天津富纳源创科技有限公司通过与清华大学的合作，成功产业化全球碳纳米管触控屏，并为华为等手机厂商配套。碳纳米管触控屏与传统ITO技术相比具有廉价、柔性、工艺简单以及低能耗、低污染等优点。
2.新能源材料
导电添加剂是碳纳米管一项非常重要的用途。德国朗盛公司和OCSiAl公司合作开发了碳纳米管导电添加剂，据悉，这种导电添加剂使用方便，可为水性涂料、电池等提供导电表面，同时不影响这些材料的其他关键性能。
同时，碳纳米管具有优异的电学性能，在电池领域也应用广泛。比如，OCSiAl公司的单壁碳纳米管可提高铅酸电池的整体性能，通过添加TUBALL 碳纳米管，可在高放电倍率下提高电池容量，延长电池的循环寿命。
3.复合材料
利用碳纳米管以提高复合材料的力学性能是比较常见的一种应用方式。
碳纳米管并不仅仅是一种导电添加剂，同时也可以起到增强复合材料基体的作用。当碳纳米管嵌入材料时，在单壁碳纳米管仅为0.01 wt.%的超低负载水平下，可改善材料的性能。单壁碳纳米管的添加可提供优异的导电性并起到增强网络的作用，确保材料具有导电性的同时提高材料的机械性能。
4.航空航天材料
在航空领域也会发现碳纳米管的身影，美国NASA开发了超高强度、轻质碳纳米管基航空结构材料。外太空探索需要全新的交通车辆、栖息地、电力系统和勘探系统，这些都需要新型材料的支持，并且这些材料甚至会比目前所使用的先进的系统更轻、具有更大的强度。NASA通过与工业合作伙伴以及科研院所合作，将实验室的先进技术转化为先进的生产设施，制备足够数量的先进材料用于NASA的航天任务。
此外，碳纳米管还可以加工为碳纳米管晶片，应用于纳米卫星等航天设备上。NASA研究团队还开发了专门用于CubeSat（立方卫星）望远镜的轻量型镜片，这是使用环氧树脂和碳纳米管组成的镜片。
5.其它功能材料
美国特斯拉纳米涂料公司曾对外宣布，针对碳纳米管防腐涂料开发了具有突破性的湿碰湿（Wet-on-Wet）工艺。这种技术叫做“2×1 Wet Edge”，具有优异的防腐性能，可大幅节省时间和生产成本。这种碳纳米管防腐涂料可应用于石油工业、天然气工业和其他具有恶劣腐蚀性环境的工业。此外，美国陆军已将特斯拉产品列入其技术解决方案体系。
不难发现，碳纳米管在电子器件、新能源材料以及复合材料领域的应用非常广泛。近年来，世界各国大力发展新能源材料，碳纳米管因其优异的电学性能经常被添加到新能源材料中以提高材料的电学性能。因此，在电池电极和导电添加剂等领域碳纳米管应用较多，同时碳纳米管特殊的中空结构和高比表面积也使其在储氢领域具有很大的应用潜力。