首先，碳纳米管由碳原子以一种特殊的方式排列组成，形成了一个类似于圆柱形的结构。这种结构使碳纳米管具有较高的强度和硬度。共价键是一种较强的化学键，能够将碳原子牢固地连接在一起，使碳纳米管具有较高的抗弯和抗拉能力。其次，碳纳米管具有非常小的直径，通常在纳米级别。由于直径小且墙厚薄，碳纳米管的质量相对较轻。碳纳米管的高比强度使其在许多领域，如材料科学、航空航天等具有广泛的应用潜力。
碳纳米管之所以又硬又轻，是由于其特殊的结构和键合方式。
首先，碳纳米管由碳原子以一种特殊的方式排列组成，形成了一个类似于圆柱形的结构。这种结构使碳纳米管具有较高的强度和硬度。同时，碳原子之间的共价键也为碳纳米管的硬度提供了支撑。共价键是一种较强的化学键，能够将碳原子牢固地连接在一起，使碳纳米管具有较高的抗弯和抗拉能力。
其次，碳纳米管具有非常小的直径，通常在纳米级别。由于直径小且墙厚薄，碳纳米管的质量相对较轻。这使得碳纳米管在相同质量下的体积非常小，因此具有较高的比强度（强度与密度的比值）。比强度是材料的强度与密度之比，是衡量材料轻量化的重要指标。碳纳米管的高比强度使其在许多领域，如材料科学、航空航天等具有广泛的应用潜力。
除此之外，碳纳米管还具有其他许多优异的性能，例如良好的导电性、热导性和化学稳定性，这些性能使其在纳米电子学、纳米传感器和能量存储等领域具有重要应用价值。