Strukturellt finns två grundläggande typer av kolnanorör (CNT) – enkelväggiga nanorör (SWNT) och flerväggiga nanorör (MWNT) – men arrangemanget av kolatomgrupper i dessa strukturer varierar också. Kolnanorör är i huvudsak upprullade ark av grafit, som är byggda på en serie sammankopplade, sexkantiga bindningar med sex kolatomer. Dessa bindningar kan arrangeras i en av tre konfigurationer: sicksack, där de alternerar i ett linjärt mönster längs med den cylindriska nanorörsväggen; fåtölj, där strukturen är en samling raka linjer av bindningar; och kiral, där bindningarna driver på ett linjärt sätt till en vänster eller höger vinkel ner längs rörets längd.
Inom denna grundläggande klass av strukturer varierar kolnanorör också genom att vara raka cylindrar, eller förvrängda på något sätt som lindade eller grenade. Ytterligare former som har skapats inkluderar nanoröret med en buckyballsfär av kol fäst vid den, känd som en nanoknopp, och koppstaplade nanorör, som är en serie konkava, skivformade strukturer som är inriktade i rörform. Torus, eller munkformade, nanorörsstrukturer har också gjorts och har höga magnetiska momentegenskaper som skulle göra dem användbara som kraftfulla sensorer.
Strukturen hos kolnanorör bestämmer också deras fysikaliska och kemiska egenskaper, där nanorör för fåtöljer alltid är metalliska när det gäller elektrisk ledningsförmåga, och sicksack och kirala former är halvledande. De sex kolbindningarna som utgör den grundläggande hexagonala strukturen i ett kolnanorör är åtskilda runt 0.14 nanometer från varandra i starka molekylära, kovalenta bindningar. Dessa rullade ark av grafit binds sedan till varandra i flerväggiga nanorör, som i huvudsak är cylindrar i cylindrar, av svaga van der Waals-krafter, på ett avstånd av cirka 0.34 nanometer mellan cylinderväggarna. Denna svaga molekylära bindning gör att grafitarkstrukturerna glider mot varandra, vilket gör det lätt att gnida bort grafit i applikationer som när en penna trycks mot papper.
Andra typer av kolnanorör inkluderar extrema kolnanorör, som helt enkelt är variationer på den naturliga designen där de är mycket långa, korta eller tunna. De kan användas för att bygga kabel som är 20 till 100 gånger starkare än stål för sådana saker som en rymdhiss och för konstgjorda muskler som kan arbeta i ett temperaturområde från -321° till 2,800 196° Fahrenheit (-1,538° till 35 XNUMX° Celsius) ). Vissa extrema nanorörsfilmer kan också fånga infraröda våglängder av ljus som kallas svart kroppsstrålning eller värmestrålning. Detta skulle göra dem användbara i solceller som kan fånga upp denna värme som avges av jorden i rymden på natten, vilket skulle möjliggöra energigenerering dygnet runt med en effektivitetsnivå på över XNUMX %, vilket är två till fem gånger bättre än den för konventionella solceller.