Das Material mit der größten Zugfestigkeit ist die Carbon-Nanotube-Faser. Es ist auch das steifste bekannte Material mit einem enorm hohen Elastizitätsmodul, was bedeutet, dass es sich nicht so leicht dehnt. Kohlenstoffnanoröhren können als Graphenblätter visualisiert werden, die sich zu Zylindern zusammenrollen, die nur ein Molekül breit sind.
Diese Zylinder können einzelne Wände (SWNTs oder einwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen) oder mehrere Wände (MWNTs oder mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen) aufweisen. Mehrwandige Kohlenstoff-Nanoröhrchen wurden als das Material mit der höchsten Zugfestigkeit von allen gemessen und messen bei 63 GPa (Gigapascal) für Tests im Atommaßstab deutlich unter dem theoretischen Maximum von 300 GPa. Wissenschaftler konnten diese Zugfestigkeit noch nicht in Schüttgütern herstellen, obwohl die Arbeiten andauern und ein späterer Erfolg wahrscheinlich ist.
Im Gegensatz zu Kohlenstoff-Nanoröhrchen hat kohlenstoffreicher Stahl eine Zugfestigkeit von etwa 1.2 GPa. Bulk-Carbon-Nanotube-Fasern wurden mit einer Zugfestigkeit von 1.6 GPa hergestellt, was um mehr als eine Größenordnung die höchste Zugfestigkeit aller natürlichen oder künstlichen Fasern ist. Weitere Verbesserungen um eine weitere Größenordnung erscheinen in den nächsten Jahrzehnten plausibel. Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Fasern sind so stark, dass eine 50,000 km lange (31,070 Meilen) lange Schnur der Faser von der Erdoberfläche in eine geosynchrone Umlaufbahn verlängert werden könnte und sie nicht brechen würde. Dieses Konzept wird als Weltraumlift bezeichnet.
Im Mai 2007 gelang es Forschern, die von der US Navy finanziert wurden, Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit einer Länge von mehr als 2 mm herzustellen, die bisher längsten. Das Längen-Breiten-Verhältnis dieser Nanoröhren beträgt ungefähr 900,000 zu 1. Die Marine ist verständlicherweise an Fasern mit möglichst hoher Zugfestigkeit interessiert, da sie Seile für zahlreiche Zwecke wie Festmachen, Befestigen von Ladung usw. verwendet. Stärkere Fasern würden ein Eintauchen ermöglichen ROVs (Remotely Operated Vehicles), um mehr zu wiegen, tiefer zu reisen und zuverlässiger an ihre Basisstationen gebunden zu sein, relevant angesichts eines japanischen ROVs im Wert von 15 Millionen US-Dollar, das zu den fortschrittlichsten der Welt gehört und kürzlich im Laufe eines Jahres verloren ging starker Sturm. Somit würden Fasern mit der höchsten Zugfestigkeit unsere Fähigkeit verbessern, den Meeresboden zu erkunden.
Ähnliche Vorteile könnten sich auf alle Bereiche der Technik und des Designs ausbreiten. Brücken könnten viel stärker gemacht werden, wenn Kohlenstoff-Nanoröhrchen-Fasern erschwinglicher würden. Derzeit kostet es Hunderte oder Tausende von Dollar pro Gramm, aber die Kosten sind in den letzten Jahren exponentiell gesunken.