至今为止,已有不少有关纳米碳管结构模型的报道。其中以Iijima给出的模型最具有代表性,即认为纳米碳管是由碳原子组成的层面卷成筒状形成的管状纤维。层面内的碳原子之间以SP2键结合,每个碳原子连接三个碳原子形成一系列连续的六边形,简称六边形环。
形象地讲,单壁纳米碳管由一层碳原子六边形环卷曲而成。多壁纳米碳管则由多层碳原子六边形环卷曲成的圆筒套装在一起,圆筒之间的间距与石墨中碳原子层面间距相等,为.034nm。此外,纳米碳管的弯曲和变形是由非六边形环介入所致。应该指出,Iijima给出的模型只反映了纳米碳管的基本结构。实际上,在碳原子六边形环卷曲生长过程中,纳米碳管会产生许多畸变,从而出现形态各异的纳米碳管。