اتم های نانولوله های کربنی به نحوی کنار هم چیده شده اند که عملا امکان عبور بدون اصطکاک مولکول های گاز را فراهم می آورند. از نظر تئوری سطح صاف این مواد باعث می شود که میزان عبور گاز از درون آنها به مراتب بیشتر از غشاهای ریز حفره که برای جداسازی گاز مورد استفاده قرار می گیرند، باشد. نانولوله هایی که با اندازه مناسب تولید می شوند می توانند با صرف انرژی کمتر و بدون نیاز به افزایش فشار، گازهای آلوده کننده مثل منواکسید کربن را بصورت انتخابی از گازهای حاصل از احتراق بزدایند. از طرفی نانولوله ها دارای کانال هایی در ابعاد نانو هستند که امکان جذب گازها را دارند. آزمایش های انجام شده برای جذب نیتروژن و اکسیژن نشان می دهد که اصلاح گرمایی هوایی در دمای ۳۵۰ درجه سانتیگراد دو انتهای کربن نانولوله را باز کرده و ظرفیت جذب آنها را به دو برابر افزایش می دهد. تحقیقات نشان می دهد که جذب در سطح خارجی نانولوله های ته بسته صورت می گیرد. با این حال وقتی که دو انتهای نانولوله باز باشد مولکول های گاز فقط پس از اشباع سطح داخلی بر روی سطح خارجی جذب می شوند. مطالعه دیگری اثر تکنیک های (اسیدشویی) برای تهیه نانولوله های تک لایه خالص را بررسی نموده اند. نانولوله های تک لایه اصلاح شده ظرفیت جذب گاز بیشتری نسبت به موارد اصلاح نشده دارند.
نانولوله ها به عنوان حسگر گاز
خواص انتقال الکترون در نانولوله های کربنی آنها را نسبت به پدیده های سطحی حساس نموده است. به عنوان مثال عیوب موضعی ساختمانی و حضور اجزاء جذب شده بر روی سطح نانولوله های کربنی را به عنوان مواد جهت توسعه سنسورهای گاز معرفی م یکند. برخلاف حسگرهای معمولی مورد استفاده برای گازهای NH۳ و NO۲ که فقط در دماهای بالای ۲۵۰ درجه سانتیگراد عمل می کنند، سنسورهای پایه نانولوله کربنی می توانند در دمای محیط هم کار کنند.