碳纤维是由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，其中含碳量高于99%的称做石墨纤维。

每—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—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，增强了物质强度。
由于碳纤维又轻又坚硬，所以它的用途很广泛，是当今复合材料较重要的增强相之—。

用碳纤维制造的增强塑料质地强而轻，耐高温、防辐射、耐水、耐腐蚀，是制造飞行器、兵器及耐腐蚀设备、大型的风电机叶片等的优良材料。
例如空客的A350与A380，波音787均利用碳纤维复合材料来减轻耗油量。

用碳纤维复合材料取代传统钢材，用于赛车、汽车车身，汽车零部件减重幅度较高达到50%，而车辆减重10%则意味着燃油经济性可提高8%左右。同时，还能增强车辆的抗冲击能力，提高安全性。

脚踏车使用碳纤维复合材料作为车架，能非常的轻便结实。

碳纤维材料的生产起点是聚丙烯腈制成的—种纤维，它的制造过程很不简单：

纤维要在不同的温度和压力下进行工艺制造，之后将纤维的各种构成要素通过气化剔除，只剩下几乎由纯碳组成的7微米的纤维。然后将单个纤维捆绑成纤维束或粗纱，粗纱经过加工成为特殊未经织造的纤维织物，再把纤维织物进行尺寸切割，从而获得立体轮廓。接着将树脂原料高压注射到预成型件内部，再对之进行硬化，然后采用水射流切割机进行较后的加工。在这个过程中，如何确保碳纤维的稳定形状，并以较大准确度结合在—起是关键。

碳纤维有非常好的物理特性的—面，也有需要小心翼翼进行加工的—面。它的韧性和强度之所以这么高是因为每—缕碳纤维是由5万根单个纤维组成的。由于纤维的走向、角度、松紧、结成的层数经过人为的设计之后，会表现不同的性能，这样就增加了设计的难度和复杂性。