制備碳納米管的過程中如果不使用催化劑，產物就只有無定形碳，只有加入催化劑后生成物才含有大量的單、多壁碳納米管。
常見的催化劑種類主要是金屬單質和化合物。
過渡金屬Fe、Co、Ni、Mo等
碳在催化劑中的溶解度決定了催化劑的催化性能，溶解度越大催化性能越強。
如果用CO做為碳源的話，CO可以在鐵或者鎳或者是鈷上發生解離式吸附，生成C，從而才能成為碳管。如果是其它的金屬，CO多數發生線式吸附，無法解離生成C，自然也無法長成碳材料。 

電弧放電法
       此法是以含有催化劑的石墨棒作為陽極，純石墨棒作為陰極，在充有一定惰性氣體、氫氣或其他氣體的低壓電弧室內，通過電極間產生3000℃以上的連續電弧，使石墨與催化劑完全氣化蒸發生成碳納米管。

化學氣象沉積法
      此法是在一定溫度下，在催化劑的作用下裂解含碳氣體或液體碳源，從而生成碳納米管，故此法又稱催化裂解法，具有設備簡單，成本低，產量大等優點，缺點是石墨化程度不高，雜質多。催化劑一般為過渡金屬，碳源可以是甲烷、CO、乙烯等含碳氣體，也可是苯、甲苯等液體。

化學氣相沉積發制備CNT的裝置簡圖 

激光蒸發法
      將摻雜Fe、Co、Ni等過渡金屬的石墨靶材，在反應溫度1200℃下，在惰性氣體（He）保護下用激光轟擊靶材表面制備碳納米管。此法優點是制備的碳納米管純度高，易于連續生產，但能耗高、實驗設備復雜、制備成本高，不適合大規模生產。
      將一根金屬催化劑、石墨混合的石墨靶放置于一長方形石英管中間，該管則置于一加熱爐內。當爐溫升至1200℃時將惰性氣體充入管內，并將一束激光聚焦于石墨靶上。石墨靶在激光照射下生產氣態碳，氣態碳和催化劑離子被氣流從高溫區帶到低溫區，在催化劑作用下生長成單壁納米管。