碳纖維（Carbon Fiber）是一種纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，直徑一般為5~7微米，約為成年人頭發直徑的十分之一。每一根碳纖維由數千條更微小的碳纖維所組成，直徑大約5至8微米。在原子層面的碳纖維跟石墨很相近，是由一層層以六角型排列的碳原子所構成。兩者差別在于層與層之間的連結。石墨是晶體結構，它的層間連結松散，而碳纖維不是晶體結構，層間連結是不規則的。這樣便防止滑移增強物質強度。

碳纖維作為一種高性能纖維，具有十分優異的力學性能，拉伸強度約為2～7GPa，拉伸模量約為200～700GPa。再加上它的重量很輕，密度約為1.5～2.0g/cm3，僅為鋼的四分之一，這使得碳纖維在所有高性能纖維中具有較高的比強度和比模量。除此之外，碳纖維還具有許多其它優良性能，如耐高溫、耐腐蝕、耐摩擦、耐疲勞、熱膨脹系數低、良好的導電導熱性能、電磁屏蔽性好等。在沒有氧氣存在的情況下，碳纖維能夠耐受3000℃以上的高溫，這是其他任何纖維材料無法與之相比的。而且，碳纖維對一般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，完全不存在生銹的問題。

碳纖維已成為先進復合材料較為重要的增強材料。由于碳纖維復合材料具有輕而強、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、結構尺寸穩定性好以及設計性好、可大面積整體成型等特點，目前已在航空航天、國防軍工和民用工業的各個領域受到廣泛應用。