碳纳米管因其独特的力学、电学及化学等特性，已在众多领域取得了广泛应用。随着碳纳米管合成技术的日益成熟，低成本大量合成碳纳米管已经成为可能。拓宽碳纳米管的应用范围，将具有重大的实用价值。
碳纳米管无缝管状结构和管身良好的石墨化程度赋予了其优异的力学性能，据理论估算，单壁碳纳米管的拉伸强度为钢的100 倍，而质量只有钢的1 /6，并且延伸率可达到20%，其长度和直径之比可达100～1000，远远超出一般材料的长径比，因而被称为“超强纤维”，其性能优于当前的任何一种纤维，它既具有碳纤维的固有性质，包括奇特的电学性能、很好的柔韧性，良好的化学稳定性、热稳定性及吸附特性，又具有金属材料的导电导热性，陶瓷材料的耐热耐蚀性，纺织纤维的柔软可编性，以及高分子材料的易加工性。正是由于碳纳米管具有这些奇特的特性，所以可以作为复合材料理想的增强体，赋予复合材料以优异的性能。碳纳米管作为增强体增强的复合材料主要有碳纳米管/聚合物复合材料、碳纳米管/金属基复合材料和碳纳米管/陶瓷基复合材料三类。
一、碳纳米管/聚合物复合材料
碳纳米管具有独特的力学、电学性能，而聚合物则易于加工、适用性强，将两者的优势结合起来可以制备出性能优异、用途广泛的新材料。最近，有报道碳纳米管体积含量占总体积30%～50%的碳纳米管/聚合物复合材料的抗拉强度超过1.2GPa。另据报道，碳纳米管/纤维素纸的体积电导率为0.53 Ωcm，在15～40 GHz 的范围内屏蔽效能超过20 dB，且在30 ～ 40GHz 的范围内电磁波的吸收效能占80%以上，是一种很好的吸波材料。
二、碳纳米管/金属基复合材料
现在已研究的有碳纳米管与铁基、镍基、铜基、铝基、镁基、银基等基体的复合材料，并取得了较好的性能。采用快速凝固法制备的碳纳米管增强Fe80P20 复合材料，由于碳纳米管的加入大大提高了复合材料的热稳定性和电阻，同时还降低了复合材料的饱和磁力矩。将催化热解法得到的碳纳米管经化学镀镍表面处理后与铜粉混合，经分别冷压、热压、轧制和真空退火制成的碳纳米管/铜基复合材料，当碳纳米管在体积分数为12%～ 15%时，该复合材料润滑效果和抑制基体氧化的效果最好，耐磨性也最佳。
三、碳纳米管/陶瓷基复合材料
陶瓷材料具有共价键与复杂离子键的键合以及复杂的晶体结构，因而呈现耐高温、耐磨损、质量轻和高温下强度保持率高等优异的性能，但陶瓷材料最大的缺点就是脆性，利用碳纳米管独特的力学性能，在陶瓷制备过程中加入一定量的碳纳米管，能极大地提高陶瓷材料的断裂韧性，改善陶瓷材料的脆性，提高其力学性能，同时还能很大地提高陶瓷材料的热学性能等。