至今為止，已有不少有關納米碳管結構模型的報道。其中以Iijima給出的模型最具有代表性，即認為納米碳管是由碳原子組成的層面卷成筒狀形成的管狀纖維。層面內的碳原子之間以SP2鍵結合，每個碳原子連接三個碳原子形成一系列連續的六邊形，簡稱六邊形環。
　　形象地講，單壁納米碳管由一層碳原子六邊形環卷曲而成。多壁納米碳管則由多層碳原子六邊形環卷曲成的圓筒套裝在一起，圓筒之間的間距與石墨中碳原子層面間距相等，為.034nm。此外，納米碳管的彎曲和變形是由非六邊形環介入所致。應該指出，Iijima給出的模型只反映了納米碳管的基本結構。實際上，在碳原子六邊形環卷曲生長過程中，納米碳管會產生許多畸變，從而出現形態各異的納米碳管。