با وجود ويژگي‌هاي بالاي نانولوله‌ها و كاربردهاي فراوان آن، توليد و استفاده مستمر از اين محصولات با اهداف مورد نظر مشكل مي‌باشد، لذا محققان زيادي در جهت رفع مشكلات آن برآمده‌اند. در زير چند مورد از مشكلات اساسي استفاده از نانولوله‌ها ذكر مي‌گردد.

5-1) توليد انبوه با قيمت مناسب
از آنجا كه توليد انبوه نانولوله‌ها در مقياس تني با قيمت مناسب، بزرگ ترين مانع تجاري‌سازي اختراعات در اين زمينه بوده است، لذا شركت‌هاي مختلفي درصددند تا بتوانند اين مشكل را حل نمايند. امروزه قيمت هر گرم نانولوله چند دلار مي‌باشد. هر چند كه قيمت نانولوله‌ها نسبت به قيمت اوليه آن كاهش زيادي يافته اما هنوز هم براي تجاري‌سازي و استفاده در صنايع مختلف مناسب نمي‌باشد، لذا دانشمندان ابراز اميدواري كرده‌اند كه بتوانند در چند سال آينده ضمن توليد چند تني آن، قيمت آن را به زير يك دلار كاهش دهند.

5-2) خالص‌سازي نانولوله‌ها
يكي از مسائل كليدي در الكترونيك، استفاده از نانولوله‌هاي كربني با كيفيت بالا (نانولوله‌هاي خالص) مي‌باشد. توليد محصولات جانبي نا مطلوب در حين فرايند رشد نانولوله‌هاسبب كوتاه‌ شدن مدارها مي‌شود. بزرگ ترين چالش محققان، در خالص‌سازي، ميزان نانولوله‌هاي توليد شده است. در فرايند استفاده شده توسط محققان براي ساخت نانولوله‌ها، ناخالصي‌ها دائماً افزايش يافته و مقدار زيادي از كربن‌ به هدر رفته و كاتاليست‌ها را بِلا استفاده مي كند، كه اين عوامل در نهايت منجر به افت كيفيت نانولوله‌ها مي‌شود.
براي رسيدن به نانولوله‌هاي كربني خالص بايد از دماي بالا استفاده نماييم اما در اين روش مقداري كربن آمورف حاصل مي‌شود كه يك لايه رساناي نامطلوب بر روي زيرلايه ايجاد مي‌نمايد. لذا راهبرد جديد، استفاده از روش رشد سريع مي‌باشد. اين روش رسوب‌دهي، توليد نانولوله‌كربني حاصل را تضمين مي‌كند زيرا رشد نانولوله‌ها سريع‌تر از رشد محصولات جانبي نامطلوب است. بنابراين مي توان گفت حذف فرايندهاي هزينه‌بر، زمان‌بر و اغلب مخرب در تخليص نانولوله‌ها به معني دسترسي به نمونه‌هايي با درجه‌اي از خلوص كربن است كه مي‌توانند در زمينه‌هاي مختلفي از جمله زيست شناسي، شيمي و تحقيقات مغناطيسي وادوات گسيل ميداني كه خلوص نانولوله‌ها از اهميت بسيار بالايي برخوردار مي‌باشد به كار روند.

5-3) اتصال نانولوله‌ها و ايجاد رشته‌ها
از آنجا كه براي بسياري از مقاصد، نياز به اتصال نانولوله‌ها به صورت پشت سر هم يا به صورت عمود بر هم و تشكيل آرايه مي باشد لذا اتصال نانولوله‌ها ضروري به نظر مي‌رسد. به طوري كه اگر بتوان نانولوله‌هاي كربني را به هم پيوند داد به موادي كامل و تمام عيار دست مي يابيم. اما براي ايجاد اين اتصالات بين لوله‌ها بايد پيوندهاي كربني بين لوله‌اي ايجاد كرد.
دو روش ايجاد رشته‌هايي از نانولوله‌ها عبارتند از معلق ساختن نانولوله‌ها در مايع و عبور جريان از آن به منظور رديف ساختن نانولوله‌ها و دوم استفاده از جريان گاز هيدروژن براي رديف كردن نانولوله‌ها به طوري كه آن ها به شكل بخاري از اتم‌هاي كربن درآيند. دانشمندان معتقدند كه امروزه استفاده از آرايه‌هاي منظم نانولوله‌هاي مجزا جاي استفاده تصادفي از نانولوله‌هاي متراكم و توده‌اي را گرفته است.

5-4) جلوگيري از توده‌اي شدن نانولوله‌ها
اگر نانولوله‌ها به آساني در محلول غوطه‌ور شوند، به آساني مي‌توانند قابليت عظيم خود را در الكترونيك و مواد به نمايش گذارند،‌ اما اين استوانه‌هاي كربني به شدت نامحلول بوده و تمايل به دسته‌ شدن با همديگر در رشته‌هاي كروي كنترل ناپذير دارند؛ لذا مانع از دستيابي به بسياري از اين كاربردها مي‌شوند.
دانشمندان روش‌هايي را براي جداسازي ارائه كرده اند، مثلاً با يك نيروي قوي (لوله‌ها با امواج مافوق صوت در فرايندي موسوم به اختلاط صوتي از هم جدا مي‌شوند) يا با استفاده از گروه‌هاي شيميايي آلي بزرگ كه از چسبيدن نانولوله‌ها به يكديگر جلوگيري مي‌كنند. همچنين با استفاده از مواد شيميايي شوينده‌هاي غيرصابوني نيز ‌توانسته اند نانولوله‌ها را از هم جدا كنند.
از دلايلي كه براي به هم چسبيدن اين نانو لوله ها ارائه شده، وجود نيروهاي واندروالس بين اتم‌هاي كربن مي‌باشد. نانولوله‌ها به واسطه نيروي واندروالس كه نيروي جاذبه الكتروستاتيك طبيعي بين اتم‌ها و مولكول‌هاي بدون بار است، از انتها به يكديگر متصل مي‌شوند،‌ بارها مثبت و منفي اتم‌ها و مولكول‌ها كه با هم برابر اما از يك بخش به بخش ديگر تغيير مي‌كنند، منجر به نيروي جاذبه‌اي بين اتم‌ها و مولكول‌هاي مجاور مي‌شوند. نيروي واندروالس تنها براي اشياء بسيار كوچك نمود پيدا مي‌كند؛ اما سئوال اساسي اينجاست كه آيا، اگر نانولوله هايي را كه به هم چسبيده اند جدا كنيم همواره جدا مي‌مانند، يا بعد از مدت زماني دوباره به هم مي‌چسبند و اين مدت چقدر است؟

5-5) چگونگي حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوري
حفظ نانولوله‌ها بعد از فراوري بسيار مشكل است. تا به حال محيط انتخابي، محلول‌هاي متشكل از ماده پاك كننده وآب بوده است كه حاوي كمتر از 1 درصد حجمي نانولوله‌هاي پراكنده بوده و به وسيله محلول‌هاي پليمري فراوري شده اند؛ چنين غلظت‌هايي براي استفاده در فرايندهاي صنعتي به منظور ساخت الياف‌هاي نانولوله‌اي بزرگ، بسيار پايين هستند. ضمناً دانشمندان هيچ راهي براي زدودن تمامي صابون و پليمر و تبديل نانولوله‌ به شكل خالص پيدا نكرده‌اند. همچنين براي توليد مواد ماكرومقياس از نانولوله‌ها، در فرايندهاي شيميايي نيز بايد از مايعي استفاده كرد كه بتواند محلولي با غلظت بالا از نانولوله‌ها به وجود آورد. گروه پاسكوئالي در دانشگاه رايس معتقدند كه سوپر اسيدها (حاوي 10 درصد وزني از نانولوله‌هاي خالص) مي‌توانند در تهيه الياف‌ها و ورقه‌هاي نانولوله‌اي ماكرومقياس با استفاده از روش‌هاي كاملاً مشابه با روش‌هايي كه در صنايع شيميايي مورد استفاده قرار مي‌گيرد به كار گرفته شوند.
5-6) كنترل رشد نانولوله‌ها
آن چيزي كه در كنترل رشد مورد اهميت مي باشد اين است كه چگونه بتوانيم نانولوله‌هايي با شكل و ويژگي‌هاي دلخواه توليد كنيم. از آنجا كه نانولوله‌ها هنگام توليد به صورت تك جداره يا چند جداره تشكيل مي‌شوند و انتهاي آن ها نيز بسته يا باز است، همچنين داراي طول و قطر يكنواخت نمي‌باشند و تعدادي از نانولوله‌ها رسانا و تعدادي غيررسانا هستند، لذا روشي براي كنترل دقيق نانولوله‌ها و توليد يك نوع محصول خاص از آن وجود ندارد. روش‌‌هايي كه دانشمندان تا حالا ارائه كرده اند مربوط به جداسازي اين مواد بعد از توليد (مثلاً روش‌هاي جداسازي نانولوله‌هاي رسانا از نيمه‌رسانا يا روش‌هاي بريدن نانولوله‌ها و هم اندازه كردن آن ها) بوده است، لذا توليد يك نانولوله با خواص كنترل شده را به صورت يك رويا باقي گذاشته‌اند.
عمده‌ترين كاوش‌ها در كنترل رشد نانولوله‌ها را مي توان به صورت زير خلاصه كرد:

1. سنتز خوشه‌هاي كاتاليزوري مولكولي با شكل و ابعاد مشخص با دقت اتمي؛
2. رشد آرام؛
3. سنتز كاتاليزوري در دماي پايين؛
4. توسعه رشد برنامه‌ريزي شده با امكان كنترل زياد اندازه و جهت نانولوله‌ها، سنتز پيچيده‌ و سازماندهي شده شبكه با آرايه‌هايي از نانولوله‌ها روي مواد درشت مقياس.

بررسي‌هاي نظري در كنار كارهاي آزمايشگاهي مسيرهاي نويني را براي ديگر پژوهشگران به منظور ايجاد مواد و فناوري‌هاي جديد با نانولوله‌ها فراهم خواهد آورد لذا راهبرد‌‌هاي كاركردي‌سازي نانولوله‌هاي كربني براي دسترسي به اين كاربردها بسيار حياتي است، به ويژه توسعه براي كاركردي سازي نانولوله‌ها به صورت غيركوالان، به منظور استفاده از خواص الكترونيكي و مكانيكي آن ها، ضروري به نظر مي‌رسد. لذا براي ساماندهي و دستكاري نانولوله‌ها در مقياس نانو، لازم است تمامي ابزارهاي موجود جهت افزايش كارايي مواد و وسايل به كار گرفته شود. يكي از ابزار، شيمي تحليلي، خصوصاً مدل‌سازي مولكولي و شبيه‌سازي است.
حال شبيه‌سازي چطور مي‌توانند براي نانوتكنولوژيست‌ها مفيد واقع شود؟ محدوديت‌هاي آزمايشگر در مقياس نانو زماني آشكار مي‌شود كه شگفتي جهان دانشمندان نظري وارد عمل شود. در اينجا هنگامي كه دانشمندان قصد قرار دادن هر يك از اتمها را در محل مورد نظر دارند قوانين كوانتوم وارد صحنه مي‌شود. لذا براي تسريع در عمل توليد نانولوله‌ها لازم است شيميدانها نيز مانند تجربي‌كاران وارد عرصه شوند، چرا كه شيميدانها مي‌توانند با انجام آزمايش‌ها به وسيله رايانه، احتمال فعاليت‌هاي غير موثر را از بين ببرند و گستره احتمالي موفقيت‌هاي آزمايشگاهي را وسعت دهند، نتيجه نهايي اين امركاهش اساسي در هزينه‌هاي آزمايشگاهي (مانند مواد، انرژي، تجهيزات) و زمان است.