O entendimento das propriedades fundamentais (eletrônicas, ópticas, estruturais, mecânicas e químicas), bem como a caracterização da estrutura, da presença de defeitos e do efeito do ambiente sobre os nanomateriais de carbono são essências para suas aplicações. Há também o desenvolvimento de modelos teóricos e simulações computacionais sobre estes materiais – o que possibilita explicar fenômenos e processos observados, e antecipar aplicações ainda não vislumbradas.