碳纖維是高級復合材料的增強材料，具有輕質、高強、高模、耐化學腐蝕、熱膨脹系數小等一系列優點，歸納如下：
(一)輕質、高強度、高模量
碳纖維的密度是1.6~2.15g/cm3,碳纖維拉伸強度在2.2GPa以上，模量在230GPa以上。因此，具有高的比強度和比模量，它比絕大多數金屬的比強度高7倍以上，比模量為金屬的5倍以上。由于這個優點，其復合材料可廣泛應用于航空航天、汽車工業、運動器材等。
(二)熱膨脹系數小
絕大多數碳纖維本身的熱膨脹系數，室溫為負數(-0.5~-1.6)×10-6/K，在200~400℃時為零，在小于1000℃時為1.5×10-6/K。由它制成的復合材料膨脹系數自然比較穩定，可作為標準衡器具。
(三)導熱性好
通常無機和有機材料的導熱性均較差，但碳纖維的導熱性接近于鋼鐵。利用這一優點可作為太陽能集熱器材料、傳熱均勻的導熱殼體材料。