Daß die erst jüngst entdeckten Fullerene weltweit fieberhaft erforscht werden, liegt zu einem wesentlichen Teil an der großen – auch technischen – Bedeutung der beiden anderen Kohlenstoff-Modifikationen. Diamant ist das härteste bekannte Mineral; es hat ein kubisches Kristallgitter, bei dem jedes Atom von vier gleich weit entfernten Nachbaratomen umgeben ist. Das Kristallgitter von Graphit besteht dagegen aus übereinanderliegenden ebenen Schichten von hexagonalen Waben (Sechsringen), die gegeneinander versetzt sind und sich leicht relativ zueinander verschieben lassen. Graphit kommt – unter anderem in Gneisen und Magmagestein – in der Natur vor, kann aber auch im Lichtbogenofen bei Temperaturen von mehr als 2000 Grad Celsius in Gegenwart von Silicium aus Koks erzeugt werden. Bei sehr hohen Drücken und Temperaturen läßt er sich in Industriediamanten umwandeln.

Wenn die Graphit-Schichten nur einige hundert (oder weniger) der hexagonal angeordneten Kohlenstoffatome enthalten, sind sie wegen der freien Bindungen am Rand instabil. Durch Bildung geschlossener sphäroidaler Strukturen lassen sich diese ungenutzten Valenzen absättigen, und es entstehen Käfigmoleküle wie das inzwischen weithin bekannte Buckminsterfulleren aus 60 Kohlenstoffatomen (bei dem 12 Fünfecke in die Sechsringe eingeschlossen sind) oder auch größere Fullerene mit bis zu mehreren hundert Atomen. Außerdem können sich sogenannte Nanoröhren aus gekrümmten Graphitschichten mit Durchmessern von einigen Nanometern (millionstel Millimetern) bilden.

Solche Röhren hat Sumio Iijima von den Forschungslaboratorien der japanischen Firma NEC in Tsukuba erstmals 1991 im elektrischen Lichtbogen mit einer der Fulleren-Synthese ähnlichen Methode hergestellt. Wie sich im Elektronenmikroskop zeigte, bestehen sie aus zwei bis etwa 50 konzentrischen Kohlenstoffzylindern. Die Synthese der Hohlnadeln mit Durchmessern bis zu einigen Dutzend Nanometern bot einen Zugang zu Kohlenstoff-Strukturen, deren Abmessunge