碳纤维是一种含碳量在90%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。它的单丝直径通常只有5到10微米，相当于一根头发丝的十到十二分之一，强度却在铝合金4倍以上，并且具有耐高温、抗摩擦、导热及耐腐蚀等特性。由于其具有碳材料的固有本征特性，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，这也使其在航空航天、风电、压力容器及体育运动制品中很受欢迎。碳纤维由于其密度较小，因此比强度和比模量比较高，通过与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，可制造各种先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。 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。碳纤维的微观结构类似人造石墨，属于多晶乱层石墨结构。与石墨结构的差别在于它的原子层面之间发生了不规则的平移与转动，其六元网状共价键结合在一起的原子层基本上平行于纤维轴排列，所以一般认为碳纤维是由沿着纤维轴高度取向的乱层石墨结构组成，致使其具有很高的轴向拉伸模量。石墨层状结构具有显著的各项异性，使其物性也呈现出各项异性。 碳纤维的制作过程通常包括碳化过程及石墨化过程。碳化过程是指有机化合物（例如PAN）在惰性气体中加热到1000~1500℃时，所有非碳原子（氮、氢、氧等）将逐步被驱除，碳含量逐步增加，随着非碳原子的排除，固相间发生一系列脱氢、环化、交链和缩聚等化学反应，形成碳纤维。在1500~2000度范围内加热的碳表现出最高的拉伸强度（5650MPa或820,000psi）。如果想得到更高弹性模量的碳纤维，则需要经过石墨化过程。石墨化过程是指将温度继续升高到2000~3000℃时，残留的非碳原子继续排除，进一步反应形成的芳环平面逐步增加，排列也较规整，取向性显著提高，并由二维乱层向三维有序结构转化，其弹性模量将大大提高（531GPa或 77,000,000 psi）。