碳纖維復合材料是由碳纖維與金屬、陶瓷、樹脂等基體制作而成。碳纖維和樹脂制作的復合材料，其比強度和比模量在所有現存的工程材料中居首位。碳纖維復合材料具有各類優異性能，材料密度低、熱膨脹系數小、比熱容高，具有超強拉伸彈性，耐高溫，耐腐蝕性以及優越的能量吸收性能。因此，碳纖維復合材料在軍工、航天、交通、汽車以及體育領域都有廣泛應用。
產業中最早開發的是黏膠基碳纖維，該類纖維強力較低，主要應用于耐燒蝕材料及隔熱材料。瀝青基碳纖維彈性模量好，熱膨脹系數小、熱導率高、但抗拉強度和抗壓強度低，且瀝青的提取成本較高。PAN 綜合性能最好，價格適中，生產難度較瀝青更低，品種多，是全球碳纖維市場的主流產品。
碳纖維制造過程核心是將通過紡絲過程獲得的原絲經過一系列高溫熱處理工程轉變為碳纖維的過程。以主流產品 PAN 基碳纖維為例：從 PAN 原絲開始，通過丙烯腈單體聚合再通過濕法或干濕法紡絲得到原絲，經過預氧化、碳化、石墨化的過程，使高分子發生氧化、熱解以及環化等一系列化學反應，形成石墨態的碳纖維。
