Los nanotubos de carbono son hidrófobos, es decir, repelen el agua. Esta característica puede dar lugar al desarrollo de compuestos con la misma característica.

Se ha comprobado experimentalmente que los polímeros reforzados con nanotubos de carbono tienen propiedades ignífugas. El motivo no se conoce todavía muy bien pero podría ser porque al elevarse la temperatura en caso de fuego los nanotubos se desplazarían hacia la superficie y formarían una red que, aparte de mantener la integridad estructural del polímero, formarían parte de una barrera aislante que protegería al interior del material (hay que recordar que los nanotubos de carbono conducen muy bien el calor en la dirección del eje del nanotubo, pero no transversalmente).

La ventaja de los nanotubos de carbono como aditivos ignífugos es que permitiría desplazar a otros que se usan actualmente y que son perjudiciales para el medioambiente.
Los materiales compuestos con propiedades ignífugas son de vital importancia en muchos ámbitos de aplicación. Los aviones comerciales de transporte, por ejemplo, contienen gran cantidad de plásticos inflamables en la tapicería de los asientos, ventanas, marcos de ventanas, aislamientos de cables y partes variadas.

Térmicas

Los nanotubos de carbono, además de ser muy estables a altas temperaturas, presentan una altísima conductividad térmica (superior a la del diamante) en la dirección del eje. Sin embargo, si se les aplica calor en dirección perpendicular al eje, lo reflejan.

Estas propiedades se transfieren a los compuestos que contienen nanotubos de carbono. Así, se pueden desarrollar materiales con alta conductividad térmica en una dirección pero aislantes en otra, según la alineación de los nanotubos de carbono. La primera propiedad podrá ser usada para fabricar disipadores de calor en ciertas aplicaciones como la electrónica donde los chips pueden alcanzar temperaturas superiores a 100ºC. La segunda servirá para elaborar estupendas barreras térmicas.

Los nanotubos de carbono poseen excelentes propiedades mecánicas: alta dureza, tenacidad, resistencia mecánica, flexibilidad y elasticidad, aunque hay que aplicar grandes fuerzas para deformarlos. Son, además muy ligeros. Los nuevos materiales compuestos que incorporan nanotubos de carbono pueden exhibir una o varias de estas características, siendo así aptos para aplicaciones muy específicas como las aeroespaciales.

Los nanotubos metálicos, por ejemplo, son capaces de conducir la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los cables de cobre tradicionales. Otros nanotubos de carbono son semiconductores por lo que se piensa en ellos como posibles sustitutos del silicio en la electrónica del futuro. Además, los nanotubos son emisores de campo, tienen propiedades optoelectrónicas, etc.
Al formar compuestos agregando pequeñas cantidades de nanotubos a otros materiales, como polímeros por ejemplo, cambian las propiedades eléctricas de estos dando lugar a diversas aplicaciones industriales. Es interesante señalar, además, que añadiendo una cantidad insignificante de nanotubos se pueden mejorar las propiedades eléctricas del material en varios órdenes de magnitud sin aumentar apenas el peso del material.

Los fulerenos no son muy reactivos debido a la estabilidad de los enlaces tipo grafito, y es también muy poco soluble en la mayoría de disolventes. Entre los disolventes comunes para los fulerenos se incluyen el tolueno y de disulfuro de carbono. Las disoluciones de buckminsterfulereno puro tienen un color púrpura intenso. El fulereno es la única forma alotrópica del carbono que puede ser disuelta. Los investigadores han podido aumentar su reactividad uniendo grupos activos a las superficies de los fulerenos. El buckminsterfulereno no presenta "superaromaticidad", es decir, los electrones de los anillos hexagonales no pueden deslocalizar en la molécula entera.

Se pueden atrapar otros átomos dentro de los fulerenos; de hecho existen evidencias de ello gracias al análisis del gas noble conservado en estas condiciones tras el impacto de un meteorito a finales del perido pérmico. En el campo de la nanotecnología, la resistencia térmica y la superconductividad son algunas de las características más profundamente estudiadas.

Un método habitual para producir fulerenos es hacer pasar una corriente eléctrica intensa entre dos electrodos de grafito próximos en atmósfera inerte. El arco resultante entre los dos electrodos produce un depósito de hollín del que se pueden aislar muchos fulerenos diferentes.

Sus propiedades físicas y químicas están relacionadas con su organización molecular y con su microestructura.

En general, presenta propiedades de elevada estabilidad y de alta dureza mecánica, de resistencia al calor y resistencia al desgaste. Además, se caracteriza porque posee elevada transparencia óptica, bajo coeficiente de fricción, y resistencia a varios agentes corrosivos.

El carbono amorfo es sensible a los efectos de la irradiación, presenta elevada estabilidad electroquímica y conductividad eléctrica, entre otras propiedades.