Przy pomocy wysokiej rozdzielczości technik mikroskopowych poznano kluczowe cechy budowy nanorurek węglowych. Z eksperymentów bezpośrednio wynika, że nanorurki są cylindrycznymi konstrukcjami opartymi na płaskiej strukturze grafitu, która została zwinięta w zamkniętą formę. Generalnie można wyróżnić trzy typy nanorurek, które zostały nazwane: armchair - fotelowa (Rys. I), zigzag - zygzakowa (Rys. V) oraz chiral - skrętna (Rys. III), zależnie od tego w jaki sposób dwuwymiarowy "arkusz" grafitu jest zwinięty (Rys. II, IV, VI).

Rys. 3. Nanorurki powstają przez zwinięcie struktury grafitu w formę walca. Cechy nanorurek są ściśle związane wektorem chiralnym C_h.

             Aby wyjaśnić, w jaki sposób definiuje się rodzaj nanorurki, należy bezpośrednio przyjrzeć się pojedynczemu arkuszowi grafitu i jak został on zwinięty. Płaszczyzna grafitu powstaje przez wielokrotną translację podstawowej komórki. Tak zwany wektor chiralny, C_h, definiowany jako

 (1)

gdzie n i m są stałymi, a₁ i a₂ są jednostkowymi wektorami definiującymi dwuwymiarową sześciokątną sieć grafitu (Rys.3). Innym ważnym parametrem jest kąt chiralny, , który jest kątem pomiędzy C_h i a₁. Kiedy wzdłuż wektora chiralnego wytniemy arkusz grafitu i zwiniemy, tak aby jego końce spotkały się, to otrzymamy cylindryczną część nanorurki.

             Różne wartości liczb n i m w rezultacie prowadzą do różnych form nanorurek. Fotelowe nanorurki występują, gdy n = m, co w rezultacie daje, że kąt chiralny równy jest 30^o (Rys I). Zygzakowe nanorurki powstają, kiedy n lub m przyjmują wartość 0, stąd kąt chiralny wynosi 0^o (Rys V). Wszystkie pozostałe, dla kątów z przedziału od 0^o do 30^o, to chiralne nanorurki (Rys III) [5].

             Własności nanorurek są ściśle związane z ich średnicą i kątem chiralnym, obie wartości zależą od n i m. Średnica d jest definiowana jako:

 (2)

gdzie a jest odległościom między najbliższymi atomami węgla. Zaś kąt chiralny ustalony jest związkiem [6]:

.  (3)

             Odkrycie struktur fullerenowych (Rys. IX) przez Harolda Kroto z Uniwersytetu w Sussex w Wielkiej Brytanii i Richarda Smalley'a oraz jego współpracowników z Rice Univwersity w Stanach Zjednoczonych zachęciło ku dalszym badaniom struktur węglowych. Jeśli będziemy rozważać powiązanie między dwoma najliczniejszymi stabilnymi fullerenami, C₆₀ i C₇₀, w prosty sposób można zauważyć, iż jedna z tych struktur powstaje z drugiej. Wzdłuż równika prostopadłego do osi przechodzącej przez jeden z pięciokątów należy dodać pięć sześciokątów aby z C₆₀ otrzymać C₇₀. Natomiast to sugeruje, iż możemy dodać j rzędów sześciokątów i uzyskać cząsteczkę C_70+10j. Podążając tym tropem, na zasadzie podobieństwa, można dojść do wniosku, że nanorurki mogą być zakończone odpowiednimi (dla danej średnicy i chiralności rurki) połówkami struktur fullerenów (Rys. X) [5].

             Należy zwrócić uwagę na fakt, iż nanorurki bardzo często nie występują w formie pojedynczych struktur, jako jednościenne rurki. Lecz występują jako współosiowe, koncentrycznie rurki - umieszczone jedna w drugiej (Rys. VII i VIII). Takie struktury nazywa się, w przeciwieństwie do jednościennych nanorurek, wielościennymi.