碳纖維的應用通常呈現為碳纖維復合材料。碳纖維復合材料由基體材料和增強纖維材料組成，在性能上互相彌補，根據不同的基體材料可分為樹脂基復合材料（CFRP）、碳/碳復合材料（C/C）、金屬基復合材料（CFRM）、陶瓷基復合材料（CFRC）和橡膠基復合材料（CFRR），目前主要以樹脂基復合材料為主，約占全部碳纖維復合材料的 90%以上。
碳纖維按原絲類型可分為粘膠基、瀝青基和聚丙烯腈（PAN）基。其中聚丙烯腈（PAN）基由于其工藝相對簡單，性能優良，是目前主流產品，產量約占全球碳纖維總量的 90%以上，而粘膠基和瀝青基碳纖維仍然處于開發階段，只有小規模的生產。
碳纖維按照力學性能可分位高強型、高強中模型、高模型和高強高模型，劃分的維度為碳纖維的拉伸強度和拉伸模量。上述標準是我國 2020 年發布的 GB/T 26752-2020 所規定的聚丙烯腈基碳纖維國家標準，由于日本東麗在全球碳纖維行業中具有領先優勢，業內一般以日本東麗的產品牌號為基礎，將碳纖維產品劃定為 T300、T700、T800 等不同級別，國內大部分碳纖維廠商在此基礎上確定自身的產品牌號，根據吉林碳谷的年報，隨著我國碳纖維技術的發展，行業整體達到了 T400 的技術能力，部分企業實現了 T700 碳纖維規模化生產，T800 及以上已經進入了小批量試驗生產。例如中復神鷹相繼開發出 T700、T800、T1000、M30、M35、M40 等級別的碳纖維，光威復材的產品涵蓋 T300、T700、T1000、M40J、M55J等。
