盡管納米碳管的研究在制備技術上已經取得了令人矚目的進展，但是在理論上對單壁和多壁納米碳管的生長機理的理解還相對滯后。要制備單壁納米碳管必須使用過渡族金屬催化劑，而制備多壁納米碳管時并不需要，這說明單壁納米碳管和多壁納米碳管的生長機制是不同的。在每種合成方法中，碳源在過渡族金屬催化劑中的富集觸發單壁納米碳管的形成。實驗結果表明，碳管的直徑分布取決于催化劑的成分，生長溫度和其他生長條件。電弧法和激光蒸發法所得的碳管樣品非常類似，因此，對單壁納米碳管的生長來說，其生長機制是相同的。生長機制不應該強烈地依賴于實驗細節，而應更多地取決于非平衡條件下碳的析出動力學，在沒有催化劑作用下就不能生長出單壁納米碳管，因此，對合成單壁納米碳管生長的準確機理仍是目前爭論的焦點。
　　用催化劑法生長碳纖維的研究表明，纖維的生長始于催化劑粒子表面的面的碳析出，而終止于雜質或穩定的碳化物形成所引起的催化劑中毒，從能量角度來考慮，在纖維的生長過程中，所形成的新表面傾向于在石墨能量較低的基面析出，而不是在能量較高的棱面析出，這就是碳纖維形成管狀特征的原因所在。但是，石墨層的彎曲在成核和生長的自由能等式中引入了附加的彈性能項，導致了碳纖維直徑的最小值約為10nm。納米碳管的直徑比該閾值小得多，這說明碳纖維的生長機制不能夠完全解釋納米碳管的形成，我們必須考慮新的機制。應該注意到，多壁納米碳管與碳纖維的生長有顯著不同。在多壁納米碳管生長過程中，無催化劑顆粒或任何外部介質的作用。另外，與碳纖維的開口端或金屬顆粒的終止端相比，多壁納米碳管的頭部常常是封閉的，一個重要素的問題自然地被提出了，那就是在生長過程中碳管是一直保持開口還是一直保持閉口。