碳納米管是一種具有特殊結構的一維量子材料，又名巴基管。它的徑向尺寸爲納米量級，軸向尺寸爲微米量級，管子兩端基本上都封口。碳納米管主要由呈六邊形排列的碳原子構成數層到數十層的同軸圓管，層與層之間保持固定的距離，約0.34 nm，直徑一般爲2~20 nm。根據碳六邊形沿軸向的不同取向可以將其分成鋸齒形、扶手椅型和螺旋型三種，其中螺旋型的碳納米管具有手性，而鋸齒形和扶手椅型碳納米管沒有手性。
碳納米管可以分爲單壁碳納米管(SWCNTs)和多壁碳納米管(MWCNTs)。單壁碳納米管由單個碳原子層面上卷而成，而多壁碳納米管由多層碳原子層面上卷而成。單壁碳納米管具有更豐富的電學輸運特性，更高的電導率、熱導率、比強度和柔韌性；多壁碳納米管具有較好的電學和熱學傳導性及穩定性。
碳納米管的性能非常優異，具有極高的強度和極大的韌性，是目前自然界中比強度最高的材料。其導電性能僅次於超導體，具有良好的電學性能。此外，碳納米管還具有優異的導熱性能，可以沿管長方向迅速傳導熱量。軸嚮導熱性能優、徑向導熱較差，可合成各向異性的導熱材料。理論上碳納米管是目前已知的最好的導熱材料，其理論導熱效率約爲自然界最好導熱材料金剛石的3-6倍。化學性質穩定，具有耐酸性和耐鹼性。