Рамановская спектроскопия отлично подходит для изучения углеродный наноматериалов. Например, по Рамановскому спектру можно определить не только количество монослоев графена, но и примеси, структурные дефекты и химические модификации. находит все больше областей применения. 

Упрощенная модель нанотрубки представляет собой завернутый в цилиндр углеродный монослой. Структура исходного монослоя, диаметр трубки и другие параметры непосредственно влияют на физические свойства углеродных нанотрубок. Так, нанотрубки могут быть изоляторами, полупроводниками и даже проявлять металлические свойства. Рамановская спектроскопия позволяет соотнести спектры углеродных нанотрубок разной структуры с их физическими свойствами. 

Определение чистоты наноматериалов является критически важным в процессе производства. Фуллерены массово получают путем нагревания графита в атмосфере гелия, в результате образуются смеси фуллеренов С60 и С70. Обычно продукты синтеза анализируют с помощью довольно дорогостоящих методов: высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии. Однако только Рамановская спектроскопия позволяет быстро качественно и количественно определить состав смеси фуллеренов и является более дешевым методом. Хотя Рамановские спектры фуллеренов С60 и С70 очень похожи друг на друга, их можно различить по двум уникальным линиям. Так, для фуллеренов С60 характерна линия 1462 см^-1, а для С70 – 1448 см^-1.

Рамановская спектроскопия является удобным и дешевым аналитическим методом, который находит широкое применение в различных областях. Химия, биология, физика, минералогия, археология – это лишь малая доля сфер, где этот метод особо востребован. Благодаря своей простоте и репрезентативности этот метод может быть актуален не только для решения научно-исследовательских задач, но и для учебного процесса в школах. Поскольку Рамановская спектроскопия позволяет определять различные соединения, большинство спектров уже представлено в учебниках и имеются базы данных, внедрение данного метода в школьную программу поможет лучшему освоению материала и приобретению новых лабораторных навыков.

Современная электроника богата широким многообразием полупроводниковых материалов. Транзисторы, солнечные элементы и светодиоды требуют особо качественных однородных материалов с определенными свойствами. Рамановская спектроскопия является идеальным методом для характеризации и создания точных изображений структуры полупроводниковых материалов. Она позволяет исследовать не только химический состав, примеси, тип кристаллической структуры, качество и однородность материала, но и такие параметры, как: стресс от нагрузки, температуру устройства, толщину тонких пленок. Этот метод также удобен для исследования крупных образцов, а возможность регистрации спектра фотолюминесценции с помощью того же Рамановского спектрометра активно используется для изучения дефектов структуры полупроводников.

Слабая интенсивность линий в Рамановском спектре является довольно распространенной проблемой этого метода, ограничивающая возможности его применения. Однако Рамановский сигнал можно существенно усилить до 10⁷-10⁸ раз за счет плазмонного резонанса, проявляющегося на сложных наноструктурированных поверхностях серебра или золота. Это явление чаще всего принято называть английской аббревиатурой SERS – Поверхностно-усиленная Рамановская спектроскопия, позволяющая детектировать вещества в особо низких концентрациях. Этот метод активно находит применение в биосенсорах и подходит для определения не только низкомолекулярных соединений, но и белков, вирусов и бактерий.