A toxicidade dos nanotubos de carbono é hoje em dia comparada à toxicidade causada pelas fibras de amianto, com a possibilidade de formação de mesotelioma. Dois estudos recentes revelam que a incapacidade dos macrófagos fagocitarem por completo os MWCNT poderá ser uma das principais causas conducentes à formação de agregados de nanotubos,  que poderão vir a desencadear cancro (ver figura). Uma outra causa de carcinogenicidade são os metais (metais de transição) usados na síntese e funcionalização dos nanotubos de carbono.

Sabe-se que uma das principais vias de exposição é a via inalatória e que as diferentes características dos nanotubos (comprimento, diâmetro, funcionalização, solubilidade) causam diferentes padrões de toxicidade (ver figura). De facto, vários estudos em ratinhos revelaram que a exposição pulmonar a nanotubos de carbono (SWCNT e MWCNT) desencadeia processos inflamatórios que evoluem rapidamente para granuloma. Este, apesar das pequenas dimensões, poderá originar cancro do pulmão caso a exposição seja demasiado prolongada.

Quando testados SWCNT como veículo para o Paclitaxel, na terapia anticancerígena, observou-se que a toxicidade era superior à do Paclitaxel isolado. Contrariamente,  quando foi injectado por via intravenosa 20 µg de SWCNT/Kg em coelhos, não se verificou qualquer toxicidade nestes animais.

Em suma, são conhecidas as potencialidades dos nanotubos de carbono, contudo a sua toxicidade ainda não está esclarecida e o seu poder carcinogénico poderá ser uma grande limitação à introdução destas nanopartículas na Medicina. Desta forma, é fundamental realizar mais estudos in vivo, com o intuito de evitar que incidentes toxicológicos graves ocorram.