直径6微米的碳纤维与后面人类头发的比较[1] 每一根碳纤维由数千条更微小的碳纤维所组成，直径大约5至8微米。在原子层面的碳纤维跟石墨很相近，是由一层层以六角型排列的碳原子所构成。两者差别在于层与层之间的连结。石墨是晶体结构，它的层间连结松散，而碳纤维不是晶体结构，层间连结是不规则的。这样便防止滑移增强物质强度。
碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，其含碳量随种类不同而异，一般在90%以上。碳纤维具有一般碳素材料的特性，如耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等，但与一般碳素材料不同的是，其外形有显著的各向异性、柔软、可加工成各种织物，沿纤维轴方向表现出很高的强度。碳纤维比重小，因此有很高的比强度。碳纤维是由含碳量较高，在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。
由碳纤维和环氧树脂结合而成的复合材料，由于其比重小、刚性好和强度高而成为一种***的航空航天材料。因为航天飞行器的重量每减少1公斤，就可使运载火箭减轻500公斤。所以，在航空航天工业中争相采用***复合材料。有一种垂直起落战斗机，它所用的碳纤维复合材料已占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据报道，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及***的MX发射管等，都是用***的碳纤维复合材料制成的。
碳纤维“外柔刚” ，质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，在民用方面都是重要材料。它不仅具有碳材料的固有本征特性，兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维。

碳纤维是一种含碳量在95%人上的纤维材料，是国民经济和国g防建设中不可或缺战略新材料，碳纤维一般不单独使用，多作为增强材料加入到树脂等材料中构成复合材料。