ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon Nanotubes) เป็นโครงสร้างหนึ่งของคาร์บอน โดยคาร์บอนนั้นคือ ธาตุชนิดหนึ่งในหมู่ธาตุ โดยคาร์บอนนั้นถูกจัดอยู่ในธาตุหมู่ที่สี่ ซึ่งเป็นธาตุที่พบได้มากที่สุดในสิ่งมีชีวิต อีกทั้งมันยังสามารถสร้างพันธะได้หลากหลายรูปแบบ เช่น พันธะเดี่ยว พันธะคู่ และพันธะสาม
โดยท่อนาโนคาร์บอนนั้นเป็นโครงสร้างที่ถูกค้นพบเมื่อปี พ.ศ. 2534 โดยมันเป็นโครงสร้างที่มีลักษณะที่คล้ายกับฟูลเลอรีน แต่จะต่างกันตรงที่โครงสร้างโดยฟูลเลอรีนนั้นจะมีลักษณะของโครงสร้างที่เป็นทรงกลม ในขณะที่ท่อนาโนคาร์บอนนั้นจะมีลักษณะเป็นทรงกระบอก โดยท่อนาโนคาร์บอนนั้นจะมีขนาดของระดับนาโนเท่ากับ 10-9 เมตร เป็นขนาดที่มีความกว้างประมาณ 1 ใน 10,000 ความกว้างของเส้นผมของมนุษย์ ซึ่งเป็นความยาวประมาณ 1 ล้านเท่าของความกว้างของมัน
จึงทำให้ท่อนาโนคาร์บอนนั้น มีอยู่ด้วยกัน 2 ประเภทหลัก ๆ ดังนี้
- ท่อนาโนคาร์บอนผนังหลายชั้น
เป็นท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังซ้อนกันประมาณ 2 – 50 ชั้นขึ้นไป
- ท่อนาโนคาร์บอนผนังชั้นเดียว
เป็นท่อนาโนคาร์บอนที่มีผนังชั้นเดียว หรือ มีท่ออยู่เพียงท่อเดียวนั่นเอง
เนื่องจากท่อนาโนคาร์บอนนั้นเป็นท่อที่มีคุณสมบัติที่แข็งแรงและมีความเหนียวมาก ๆ โดยความเหนียวนี้ยังเป็นความเหนียวที่เหนียวยิ่งกว่าเหล็กกล้า อีกทั้งมันยังมีขนาดที่เล็ก มีความยืดหยุ่นที่สูง และมีพื้นที่ของผิวสัมผัสที่มากกว่าวัสดุทั่วไป จึงทำให้ท่อคาร์บอนนั้นสามารถไปใช้ในการนำไฟฟ้า หรือ สามารถทำให้กลายเป็นฉนวนที่ไม่สามารถนำไฟฟ้าได้เช่นกัน ทั้งนี้ ก็ขึ้นอยู่กับทิศทางการจัดเรียงตัวของอะตอมที่อยู่ภายในคาร์บอน จึงทำให้ท่อนาโนคาร์บอนถูกนั้นนำมาประยุกต์ใช้งานในหลายอุตสาหกรรม ไม่ว่าจะเป็น การนำมาใช้เป็นชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ของเครื่องใช้ไฟฟ้าต่าง ๆ, ท่อพลาสติกชนิดเสริมท่อนาโนคาร์บอน, ใช้เป็นชิ้นส่วนในรถยนต์, สร้างจอภาพ และเซลล์เชื้อเพลิง (Fuel Cells) เป็นต้น