碳纖維不是有機高分子纖維，而是無機高分子纖維。

　　碳纖維是含碳量高於90%的無機高分子纖維。其中含碳量高於99%的稱石墨纖維。碳纖維的微觀結構類似人造石墨，是亂層石墨結構。碳纖維各層面間的間距約為3.39到3.42A，各平行層面間的各個碳原子，排列不如石墨那樣規整，層與層之間借範德華力連線在一起。

　　碳纖維兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特徵，碳纖維是一種的力學效能優異的新材料。碳纖維拉伸強度約為2到7GPa，拉伸模量約為200到700GPa。密度約為1.5到2.0克每立方厘米，這除與原絲結構有關外，主要決定於炭化處理的溫度。一般經過高溫3000℃石墨化處理，密度可達2.0克每立方釐。再加上它的重量很輕，它的比重比鋁還要輕，不到鋼的1/4，比強度是鐵的20倍。碳纖維的熱膨脹係數與其它纖維不同，它有各向異性的特點。碳纖維的比熱容一般為7.12。熱導率隨溫度升高而下降平行於纖維方向是負值（0.72到0.90），而垂直於纖維方向是正值（32到22）。碳纖維的比電阻與纖維的型別有關，在25℃時，高模量為775，高強度碳纖維為每釐米1500。這使得碳纖維在所有高效能纖維中具有最高的比強度和比模量。同鈦、鋼、鋁等金屬材料相比，碳纖維在物理效能上具有強度大、模量高、密度低、線膨脹係數小等特點，可以稱為新材料之王。