Apesar de serem compostos bastante promissores na área da nanomedicina e como veículos de fármacos, vários estudos in vitro têm sido realizados para avaliar a sua toxicidade. Uma das limitações dos ensaios realizados até agora é o facto de terem sido testadas diferentes linhas celulares com diferentes nanotubos de carbono, dificultando a comparação dos dados obtidos. Na tentativa de determinar a dose máxima tolerada pelo organismo, têm sido propostos diferentes intervalos de concentrações, nomeadamente,  5 a 10 mg/mL em estudos realizados em células HeLa (Henrietta Lacks) com um período exposição de 6 horas de SWCNT e MWCNT. Por outro lado, um outro estudo revela que este intervalo de concentração é excessivo para as mesmas linhas celulares. Ensaios em linfócitos T revelam uma boa tolerância para concentrações de cerca de 4 µg/mL o que se traduz em cerca de 10 nanotubos de carbono por célula (comprimento de 1µm e diâmetro de 10 nm). É do consenso geral que o nível de toxicidade está relacionado com o stress oxidativo causado pelos nanotubos de carbono e que existem células que apresentam diferentes tolerâncias a estes compostos. Mais fascinante que isto, um estudo no qual se utilizou uma linha de células epiteliais mutada, demonstra que existe regeneração, após exposição prolongada com 100 µg/mL. Um estudo publicado na Nature revela ainda que os SWCNT apresentam menor citoxicidade do que os MWCNT. Os estudos in vitro até agora realizados, que avaliaram a exposição de diferentes linhas celulares (pulmonares, dérmicas, cardiovasculares) aos nanotubos de carbono permitiram delinear o mecanismo geral de toxicidade destas nanopartículas.