Τα φουλερένια είναι μια μορφή μορίου άνθρακα που δεν είναι ούτε γραφίτης ούτε διαμάντι. Αποτελούνται από μια σφαιρική, ελλειψοειδή ή κυλινδρική διάταξη δεκάδων ατόμων άνθρακα. Τα φουλερένια πήραν το όνομά τους από τον Richard Buckminster Fuller, έναν αρχιτέκτονα γνωστό για το σχεδιασμό των γεωδαιτικών θόλων που μοιάζουν με σφαιρικά φουλερένια στην εμφάνιση. Ένα σφαιρικό φουλερένιο μοιάζει με μπάλα ποδοσφαίρου και ονομάζονται συχνά «buckyballs», ενώ τα κυλινδρικά φουλερένια είναι γνωστά ως «buckytubes» ή «nanotubes».
Τα φουλερένια ανακαλύφθηκαν ως απροσδόκητη έκπληξη κατά τη διάρκεια πειραμάτων φασματοσκοπίας λέιζερ στο Πανεπιστήμιο Rice τον Σεπτέμβριο του 1985. Το Νόμπελ Χημείας του 1996 απονεμήθηκε στους καθηγητές Robert F. Curl, Jr., Richard E. Smalley και Sir Harold W. Kroto για την ανακάλυψή τους . Τα μόρια φουλερενίου αποτελούνται από 60, 70 ή περισσότερα άτομα άνθρακα, σε αντίθεση με το διαμάντι και τον γραφίτη, τις πιο γνωστές μορφές άνθρακα.
Τα φουλερένια εμφανίζονται μόνο σε μικρές ποσότητες φυσικά, αλλά έχουν προταθεί αρκετές τεχνικές για την παραγωγή τους σε μεγαλύτερους όγκους. Η σύγχρονη τεχνική χρησιμοποιεί φλόγα βενζολίου για την παραγωγή φουλερενίων. Άλλες τεχνικές περιλαμβάνουν την εξάτμιση ράβδων γραφίτη και την καταλυτική χημική εναπόθεση ατμών από ατμούς αιθανόλης.
Η οικογένεια των μορίων άνθρακα του φουλερενίου έχει μια σειρά από μοναδικές ιδιότητες. Ένας νανοσωλήνας φουλερενίου έχει αντοχή εφελκυσμού περίπου 20 φορές μεγαλύτερη από κράματα χάλυβα υψηλής αντοχής και πυκνότητα μισή από αυτή του αλουμινίου. Οι νανοσωλήνες άνθρακα επιδεικνύουν υπεραγώγιμες ιδιότητες και έχουν συντεθεί μεμονωμένοι νανοσωλήνες μήκους έως και 4 εκατοστών. Υπάρχει μια σειρά εταιρειών για την ανάπτυξη νανοσωλήνων για εμπορικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένης της μνήμης υπολογιστών, των ηλεκτρονικών καλωδίων και της επιστήμης των υλικών. Κάποτε οι νανοσωλήνες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για τη δημιουργία φουτουριστικών υπολογιστών που δεν είναι δυνατό με τις συμβατικές λιθογραφικές τεχνικές.
Οι νανοσωλήνες έχουν αποτελέσει κεντρικό σημείο εστίασης στη φασαρία που περιβάλλει τον αναδυόμενο τομέα της «νανοτεχνολογίας». Η συσχέτιση είναι μερικές φορές παραπλανητική. όταν ο φυσικός Richard Feynman πρότεινε αρχικά συστήματα κατασκευής κτιρίων που συναρμολογούν προϊόντα σε μοριακό επίπεδο («μοριακή νανοτεχνολογία»), μιλούσε για μικροσκοπικά, παραγωγικά συστήματα μηχανών, όχι για τη δημιουργία εξωτικών υλικών νανοκλίμακας όπως τα φουλερένια χρησιμοποιώντας τεχνικές χημείας μακρο-κλίμακας . Ένα μικροσκοπικό εργοστάσιο κατασκευασμένο εξ ολοκλήρου από φουλερένια θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως μοριακή νανοτεχνολογία, αλλά τα φουλερένια από μόνα τους όχι. Αυτή είναι μια κρίσιμη διάκριση που συχνά παραβλέπεται από ορισμένους ακαδημαϊκούς, επιχειρηματίες επιχειρηματικού κεφαλαίου και τεχνολόγους που λατρεύουν να χρησιμοποιούν τη λέξη «νανοτεχνολογία» ως εργαλείο για να προσελκύσουν χρηματοδότηση ή προσοχή.