碳纖維作為一種高性能纖維，具有十分優異的力學性能，拉伸強度約為2～7GPa，拉伸模量約為200～700GPa。再加上它的重量很輕，密度約為1.5～2.0g/cm3，僅為鋼的四分之一，這使得碳纖維在所有高性能纖維中具有最比強度和比模量。除此之外，碳纖維還具有許多其它優良性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、耐疲勞、熱膨脹系數低、良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。在沒有氧氣存在的情況下，碳纖維能夠耐受3000℃以上的高溫，這是其他任何纖維材料無法與之相比的。而且，碳纖維對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，完全不存在生銹的問題。

如此優異的性能使碳纖維成為了材料科學與工程領域的耀眼明星。但碳纖維很少單獨使用，一般只通過與樹脂、金屬或者陶瓷等基體材料進行復合后再使用。碳纖維已成為先進復合材料最重要的增強材料。由于碳纖維復合材料具有輕而強、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩定性好以及設計性好、可大面積整體成型等特點。