Mitmeseinalised nanotorud (multi-walled nanotube MWNT) on nanotorud, mis koosnevad mitmest rullitud grafiidikihist.

Mitmeseinaliste nanotorude kirjeldamiseks kasutatakse kahte mudelit. Matrjoška-mudelis moodustuvad ühise keskpunktiga silindrid, näiteks üks väiksem üheseinaline nanotoru (single-walled nanotube SWNT) on teise suurema SWNT sees. Pärgament-mudelis on grafiidileht pärgamendirulli või ajalehe laadselt kokku keerdunud. Sisekihtide kaugus mitmeseinalistes nanotorudes sarnaneb grafeenikihtide kaugusega grafiidis, umbes 3,4 Å. Levinum on matrjoška-mudel, mille individuaalseid kihte saab kirjeldada kui üheseinalisi nanotorusid, mis on struktuurilt metallilised või pooljuhtivad.

Kaheseinalised süsinknanotorud (double-walled nanotube DWNT) moodustavad erilise klassi, kuna nende omadused sarnanevad SWNT omadega, kuid kemikaalidele on nad tunduvalt vastupidavamad. See on eriti oluline pinna modifitseerimisel: nanotoru pinnale keemiliste rühmade seondamine, et sellele uusi omadusi anda. SWNT puhul lõhutakse kovalentse modifitseerimise käigus mõned C=C kaksiksidemed, mistõttu tekivad nanotoru pinnale „augud“, muutes selle mehaanilisi ja elektrilisi omadusi. DWNT korral toimuvad muutused vaid nanotoru välispinnal.