多壁碳纳米管（MWCNTs）的结构特性主要包括以下方面：

    分层结构

    由数层到数十层的同轴圆管组成，层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，各层均由呈六边形排列的碳原子构成。

    管径与长度

    管径：最内层可达0.4nm，最粗可达数百纳米，但典型管径为2-100nm。

    长度：一般在微米级，长度和直径比非常大，可达10³-10⁶，是一种典型的一维纳米材料。

    手性与螺旋结构

    根据碳六边形沿轴向的不同取向，可分为锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

    化学键与杂化状态

    碳原子以sp²杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp³杂化键，即形成的化学键同时具有sp²和sp³混合杂化状态。

    这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础。

    表面与缺陷结构

    表面基团：多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等，不同制备方法和后处理过程会导致其表面结构不同。

    拓扑缺陷：碳纳米管不总是笔直的，局部区域会出现凸凹现象，这是由于在六边形编制过程中出现了五边形和七边形，这些拓扑缺陷可改变碳纳米管的螺旋结构，在缺陷附近的电子能带结构也会发生改变。

    内部缺陷：多壁管在开始形成的时候，层与层之间很容易成为陷阱中心而捕获各种缺陷，因而多壁管的管壁上通常布满小洞样的缺陷。