化学传感器可以用于爆炸物检测，产品性能表征，环境有毒物质筛选和医学测试等。单壁碳纳米管（SWNT）的电子特性会由于吸附在其表面的气体和生物分子而发生显著变化，这些变化可以用电阻，晶体管，或者电容装置来检测。

单壁碳纳米管薄膜晶体传感器（TFT SWNT sensors）的重要优势在于，它们会对分析物的表面覆盖响应，而不是像传统的传感器那样对分析物浓度进行响应。单壁碳纳米管的薄膜晶体传感器因此非常适用于检测原位浓度很低的化学武器和炸药。

半导体碳纳米管（semiconducting CNT）已被证明可以用于靶向药物递送。

在智能纳米科技平台上，抗癌药物的传递会变得比传统方法更有效，且全身性副作用更少。小直径半导体碳纳米管就是这样一个充满希望的平台，因为它们在治疗红外窗口（700nm-1100nm，取决于身体组织类型）有着很强的吸收度。

光子器件，如饱和吸收器等，被用作光开关，光学放大器的噪声抑制器，光学限幅器，和用于制造超短激光脉冲的锁模器等。这些设备被广泛地用于光通信，光谱，以及精密外科手术中（如医疗激光）。

具有强烈非线性光电行为的材料常用于光子应用。理想状态下，这些材料应该具有快速的响应时间，能在较宽波长范围内吸收，和低光学损耗的性质。