碳纳米管是由单一元素碳组成的纯净物质，被归类为碳的同素异形体之一。这些结构通常由数层到数十层的碳原子构成的同轴圆管组成，层与层之间保持固定的距离，大约为0.34纳米。直径一般在2到20纳米之间，且根据碳原子六边形层的取向，碳纳米管可以分为锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种类型，其中螺旋型碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型则不具备。
作为一维纳米材料，碳纳米管以其轻盈的重量、完美的六边形结构以及其独特的力学、电学和化学性能而著称。随着对碳纳米管及其相关纳米材料研究的不断深入，其潜在的应用领域也日益拓宽。1985年，C60分子的发现赢得了全球的瞩目，其发现者Kroto H. W.、Smalley R. E.和Curl R. F.因此获得了1996年的诺贝尔化学奖。在C60研究的基础上，1991年，碳纳米管这一更加独特的碳结构被日本电子公司（NEC）的饭岛博士发现。
尽管碳纳米管在1991年正式被命名和认识之前就已经在一些研究中被发现和制造，但当时人们还没有认识到它是一种全新的且重要的碳形态。早在1890年，人们就发现在热的表面上，含碳气体会分解形成丝状碳。1953年，在CO和Fe3O4在高温反应时，也观察到了类似碳纳米管的丝状结构。自20世纪50年代起，石油化工厂和核反应堆的积炭问题逐渐受到关注，为了控制其生长，进行了大量关于其生长机理的研究。通过有机物催化热解方法得到的碳丝中已经发现有类似碳纳米管的结构。到了20世纪70年代末，新西兰科学家在两个石墨电极间通电产生电火花时，发现电极表面生成小纤维簇，经电子衍射测定发现其壁由类石墨排列的碳组成，这实际上已经观察到了多壁碳纳米管的结构。
