Materijal s najvećom zateznom čvrstoćom je vlakna od ugljičnih nanocijevi. To je ujedno i najtvrđi poznati materijal, sa strahovito visokim modulom elastičnosti, što znači da se ne rasteže lako. Ugljične nanocijevi mogu se vizualizirati kao grafenske ploče savijene u cilindre široke samo molekule.
Ovi cilindri mogu imati jednostruke stijenke (SWNT ili jednoslojne ugljikove nanocijevi) ili višestruke stijenke (MWNT ili višeslojne ugljikove nanocijevi). Ugljične nanocijevi s više stijenki izmjerene su kao materijal s najvećom vlačnom čvrstoćom od svih, mjerene su na 63 GPa (gigapaskali) za ispitivanje na atomskoj skali, znatno ispod teoretskog maksimuma od 300 GPa. Znanstvenici još nisu uspjeli proizvesti ovu vlačnu čvrstoću u rasutim materijalima, iako je posao u tijeku i konačni uspjeh čini se vjerojatnim.
Za razliku od ugljičnih nanocijevi, visokougljični čelik ima vlačnu čvrstoću od oko 1.2 GPa. Ugljična nanocijevi vlakna su stvorena s vlačnom čvrstoćom od 1.6 GPa, što je najveća vlačna čvrstoća od svih vlakana, prirodnih ili umjetnih, za više od reda veličine. Čini se vjerojatnim u sljedećih nekoliko desetljeća daljnja poboljšanja za još jedan red veličine. Vlakna ugljične nanocijevi toliko su jaka da bi se 50,000 km duga (31,070 milja) vlakna mogla produžiti od Zemljine površine u geosinkronu orbitu i ne bi pukla. Ovaj koncept poznat je kao svemirsko dizalo.
U svibnju 2007., istraživači koje je financirala američka mornarica uspjeli su napraviti ugljične nanocijevi duljine veće od 2 mm, što je najduža do sada. Omjer duljine i širine ovih nanocijevi je otprilike 900,000 prema 1. Mornarica je razumljivo zainteresirana za vlakna s najvećom mogućom vlačnom čvrstoćom, jer koristi užad za brojne svrhe kao što su privez, pričvršćivanje tereta, itd. Jača vlakna bi omogućila potapanje ROV (vozila na daljinsko upravljanje) da teže, putuju dublje i da budu pouzdanije vezani za svoje bazne stanice, relevantno u svjetlu japanskog ROV-a od 15 milijuna dolara, među najnaprednijima na svijetu, koji je nedavno izgubljen tijekom jaka oluja. Tako bi vlakna s najvećom vlačnom čvrstoćom povećala našu sposobnost istraživanja oceanskog dna.
Slične prednosti mogle bi se proširiti na sva područja inženjerstva i dizajna. Mostovi bi se mogli učiniti mnogo jačima kada bi vlakna od ugljičnih nanocijevi postala pristupačnija. Trenutačno košta stotine ili tisuće dolara po gramu, ali cijena posljednjih godina eksponencijalno pada.