Struktūriškai egzistuoja du pagrindiniai anglies nanovamzdelių (CNT) tipai – vienasieniai nanovamzdeliai (SWNT) ir daugiasieniai nanovamzdeliai (MWNT) – tačiau anglies atomų grupių išsidėstymas šiose struktūrose taip pat skiriasi. Anglies nanovamzdeliai iš esmės yra suvynioti grafito lakštai, sudaryti iš daugybės susipynusių šešiakampių šešių anglies atomų jungčių. Šie ryšiai gali būti išdėstyti viena iš trijų konfigūracijų: zig-zag, kur jie pakaitomis linijiniu būdu žemyn cilindrinio nanovamzdelio sienelės ilgio; fotelis, kurio konstrukcija yra tiesių linijų rinkinys; ir chiralinis, kai ryšiai linijiniu būdu dreifuoja į kairįjį arba dešinįjį kampą vamzdžio ilgiu.
Šioje pagrindinėje struktūrų klasėje anglies nanovamzdeliai taip pat skiriasi, nes yra tiesūs cilindrai arba tam tikru būdu iškreipti, pavyzdžiui, suvynioti ar išsišakoti. Papildomos sukurtos formos apima nanovamzdelį su pritvirtintu anglies kamuoliuko rutuliu, žinomu kaip nanopumpuras, ir puodeliuose sukrautus nanovamzdelius, kurie yra įgaubtų, disko formos struktūrų, išdėstytų vamzdelio pavidalu, serija. Taip pat buvo pagamintos „Torus“ arba spurgos formos nanovamzdelių struktūros, turinčios aukštas magnetinio momento savybes, todėl jos būtų naudingos kaip galingi jutikliai.
Anglies nanovamzdelių struktūra taip pat lemia jų fizines ir chemines savybes, kai fotelių nanovamzdeliai pagal elektrinį laidumą visada yra metaliniai, o zigzaginės ir chiralinės formos yra puslaidininkinės. Šešios anglies jungtys, sudarančios pagrindinę šešiakampę anglies nanovamzdelio struktūrą, yra nutolusios maždaug 0.14 nanometro atstumu viena nuo kitos stipriomis molekulinėmis kovalentinėmis jungtimis. Tada šie valcuoti grafito lakštai yra sujungti vienas su kitu daugiasieniuose nanovamzdeliais, kurie iš esmės yra cilindrai cilindruose, veikiant silpnoms van der Waals jėgoms, maždaug 0.34 nanometro atstumu tarp cilindrų sienelių. Šis silpnas molekulinis ryšys leidžia grafito lakštų struktūroms slysti vienai prie kitos, todėl grafitą lengva nuvalyti naudojant, pavyzdžiui, kai pieštukas spaudžiamas prie popieriaus.
Kiti anglies nanovamzdelių tipai apima ekstremalius anglies nanovamzdelius, kurie yra tiesiog natūralaus dizaino variantai, kai jie yra labai ilgi, trumpi arba ploni. Jie gali būti naudojami statant 20–100 kartų stipresnį už plieninį trosą, skirtą tokiems dalykams kaip kosminis liftas ir dirbtiniams raumenims, kurie gali veikti nuo -321° iki 2,800° Farenheito (nuo -196° iki 1,538° Celsijaus) temperatūroje. ). Kai kurios ekstremalios nanovamzdelių plėvelės taip pat gali užfiksuoti infraraudonųjų spindulių šviesos bangos ilgius, žinomus kaip juodo kūno spinduliuotė arba šilumos spinduliuotė. Dėl to jie būtų naudingi saulės elementams, kurie galėtų užfiksuoti šią šilumą, kurią Žemė skleidžia į kosmosą naktį, o tai leistų visą parą gaminti energiją daugiau nei 35 % efektyvumo lygiu, o tai yra du ar penkis kartus geriau nei kad įprastų saulės elementų.