碳纳米管的力学行为是令人兴奋的，因为纳米管被视为曾经制造出的最终碳纤维。

基于纳米管的力学性能，纳米管最重要的应用将是作为复合材料中的增强材料。

纳米管增强材料通过其在变形过程中的高度柔性弹性行为来吸收能量，从而提高复合材料的断裂韧性，这对于纳米管基陶瓷基复合材料尤为重要。

大块氧化铝和氧化铝/MWNT复合材料的断裂韧性表明，对于5 vol. %的MWNT复合材料，其韧性提高了约25%至约5.1 MPa pm。韧性值高于那些报道的单晶氧化铝（蓝宝石）和多晶氧化铝。

复合材料的硬度取决于纳米管在基体中的分散程度，以及纳米管表面如何被修饰（通过氧化与官能团）产生基体锚；对于最佳值，维氏硬度为20.4 GPa，而大块氧化铝的维氏硬度为18.4 GPa。

纳米陶瓷粉末热压的体结构的强度和断裂韧性远远高于传统多晶陶瓷的典型强度和韧性。在纳米相陶瓷中加入少量的纳米管形成致密的纳米复合材料，提高了其直径强度和断裂韧性。

然而，当纳米管被纯化并良好地分散在基体中时，真正的改进就发生了，因此大的聚集体不会在结构中产生大缺陷，导致容易断裂和较低的强度。

真空热压还可以去除复合粉末混合物中的滞留气体，防止残余应力的形成和强度的降低。这些加工改进表明了纳米相氧化铝/MWNT复合材料在轻质、高强度、高韧性材料和抗冲击防弹衣等应用上的巨大前景。

金属基质复合材料是一种新的先进材料，液相制备方法由于加工简单，通常是一种高效的工艺。

其他技术和创建的基于模板的合成产生的纳米线的明显区别在于，后者技术提供了创建可调节直径可调节的单个纳米线的可能性。碳烃前体也可以通过渗透（如乙炔、苯）和随后的退火，将碳纳米管沉积在这些模板定义的孔隙中。

材料加工的电化学技术（从多孔模板内的高度各向异性导线到粒子分散的薄膜纳米复合材料）为纳米材料和纳米复合材料的合成提供了一种替代气相沉积和固态反应的强大替代技术。

它们的主要优点是控制过程，以调节尺寸和组成。它们的缺点主要是结晶度差（是一种低温沉积过程）和被电化学液的杂质污染。

结果表明，用电弧法可以相对容易地制备出含金属碳团簇的洋葱状纳米颗粒。这里，金属或金属碳化物被C层涂层保护，有效地防止磁性金属颗粒在暴露于环境时不受氧化，并保持其磁性。

值得注意的是，高熔点耐熔金属碳化物，如TaC、NbC和MoC，在低温下表现出超导转变，已经被插入到纳米管和石墨纳米颗粒中。

封装的TaC、MoC和NbC的体积磁化率测量分别显示了在10 K和14 K之间的抗磁响应和超导跃迁。这些封装的纳米结构的结构和状态影响其物理性质；例如，（fcc）MoC封装结构的晶格参数的收缩似乎会使Tc降低3.8 K。

然后将它们干燥，在纳米管腔内形成封装的固体材料。其他几种材料体系，如Pd、Ag、Au、AuCl、蛋白质和酶已经用这种方法引入纳米管。最近有报道称，单壁纳米管（SWNTs）可以选择性地打开和填充。

用浓缩盐酸处理导致单壁碳纳米管的尖端选择性开放，可以吸入异物，类似于多壁碳纳米管；SWNT中更小的（1 nm）腔使填充更具挑战性。通常，在纳米管内形成的纳米线是单晶。人们已经探索了用材料填充纳米管空腔的替代策略。

例如，将充满AgCl/AgBr的SWNT纳米管暴露在光或电子束中，可以减少封装的化合物，从而产生极小的银纳米线。

这类混合材料可能成为应用于电子、生物医学和微机电系统的功能器件的基础。类似地，内面体富勒烯已通过气相引入单壁碳纳米管。这些结构正在开辟新的领域，因为在其核心中有离散原子物质的纳米复合结构的创造导致了一维纳米级材料的新性质的发现。

最近的理论研究表明，纳米管内的金属纳米线的存在极大地改变了纳米管的力学性能，例如，抑制了纳米管的屈曲不稳定性。

增加管直径增加了弯曲强度；然而，与空心管相比，在屈曲前的最大挠度没有减少。对主弯曲振动模式的分析表明，频率的降低，与增加的管惯性有关。