碳纖維是含碳量高于90%的纖維的總稱，因含碳量高而得名。碳纖維既具有元素碳的各種優良性能，如比重小、耐熱、耐熱沖擊，耐化學腐蝕和導電等，又有纖維的可繞性和優異的力學性能。特別是它的比強度和比模量高，在絕氧條件下，可耐2000℃的高溫，是一種重要的工業用纖維材料，適用于作增強復合材料、燒蝕材料和絕熱材料。它是20世紀60年代初發展起來的一種新型材料，現已成為現代社會不可缺少的一種新穎材料。
休閑產品中，最早應用PAN碳纖維的是釣魚竿。如今世界上碳纖維釣魚竿的年生產量為1200萬根左右，相當于碳纖維用量約1200噸。碳纖維在高爾夫球桿的應用是于1972年開始的，世界上碳纖維高爾夫球桿的年生產量約4000萬根左右，相當于2000噸碳纖維的用量。網球拍的應用是從1974年開始的，世界上年生產碳纖維球拍約450萬個，需碳纖維用量約500噸。在其他方面，碳纖維還廣泛應用于滑雪板、雪船、滑雪桿、棒球棒、公路賽以及船舶類體育用品。
人們認識到了碳纖維輕量化、耐疲勞性和耐腐蝕性等性能，因而開始廣泛應用于航空航天行業。在宇航領域，由于高模量碳纖維的輕量性（剛性）、尺寸穩定性的導熱性，早已應用于人造衛星等方面，已開始應用于銥星等通信衛星。
造型復合物主要是以短纖維的形式混入用于熱塑性樹脂中，由于具有補強、抗靜電、電磁波屏蔽效果，可廣泛應用于家用電器、辦公室機器、半導體及其相關領域。
壓力容器主要用在壓縮（CHG）罐和消防員用的空氣呼吸器，包括用CF長絲纏繞所生產的所有罐類。其他燃料容器，如CNG罐，若采用以往的金屬制造是很重的，為了使其運行距離加長，必須輕量化。因此，采用金屬加上纖維纏繞或塑料襯里的全復合材料容器正進行實用化生產應用。空氣呼吸器在美國受到DOT認定的CF制品，今后其市場需求將急劇增長。
近幾年在土木建筑領域，靠碳纖維進行抗震補修和補強的施工法，公路橋的地面、橫梁、建筑物和梁、構架以及煙筒等的彎曲補強中，碳纖維的模量變得格外重要。
在渡輪、大型快艇和其他舟艇類方面，碳纖維的市場需求量正在增長。
在能源及相關領域，包括風力發電機葉片、燃料電池電極、飛輪等用途，碳纖維的成長趨勢更是強勁。雖然風力發電用途尚待進一步推廣，但這些應用領域都能充分發揮碳纖維的特長。
碳纖維的應用，除涉及到以往X射線醫療器械、電子器械等相關領域（除濃縮鈾的旋轉筒外）、各種機械部件、電器部件、傘類骨架、頭盔等與生活相關的用品，以及卡車的構架、車輛的結構體、冷凍箱、家用電梯等新項目。
