Nanorurki wielościenne (MWNT, z ang. multi-walled nanotubes) – zbudowane z wielu warstw atomów, ułożonych w odstępach podobnie jak w graficie (0.335 nm), ok. 0.34 nm. Przypominają rosyjską lalkę – matrioszkę. Ich własności zależą od liczby warstw. Produkuje się je głównie metodą CVD toluenu z dodatkiem ferrocenu w temperaturze ok. 800 °C w atmosferze mieszanki argonu i wodoru, gdzie atomy żelaza z ferrocenu pełnią in-situ rolę katalizatora. Nanorurki dwuwarstwowe (DWNT, z ang. double-walled nanotubes) są szczególnie interesujące ponieważ zachowują przydatne własności jednowarstwowych, a jednocześnie są od nich znacznie odporniejsze chemicznie. Jest to szczególnie istotne przy modyfikowaniu własności nanorurek przez zrywanie niektórych wiązań pomiędzy atomami węgla – w przypadku DWNT modyfikowana jest wtedy jedynie zewnętrzna warstwa. Wielościenne nanorurki mogą formować tzw. układy lamelowe aligned carbon nanotubes, które są używane jako źródła elektronów emisji polowej w równoległej litografii wiązek elektronów, wzmacniaczach, przełącznikach i bardzo ostrych i wyraźnych wyświetlaczach. Nielamelowe układy MWNTs są używane jako elektrody do kondensatorów, akumulatorów i reakcji elektrochemicznych. Nanorurki wielościenne można funkcjonalizować poprzez np. utlenienie niezwiązanych ich końców.