Вуглецеве волокно - це волокнистий вуглецевий матеріал. Це новий тип матеріалу з більшою міцністю, ніж сталь, меншою щільністю, ніж алюміній, більшою стійкістю до корозії, ніж нержавіюча сталь, вищою термостійкістю, ніж жаростійка сталь, і провідним, як мідь, з багатьма цінними електричними, тепловими та механічними властивостями. Вуглецеве волокно в основному виготовляється з армованого вуглецевим волокном пластику, який є композитним матеріалом для застосування. Кожне вуглецеве волокно складається з тисяч менших вуглецевих волокон діаметром приблизно від 5 до 8 мкм. На атомарному рівні вуглецеве волокно дуже схоже на графіт, що складається з шарів атомів вуглецю, розташованих у формі шестикутників. Різниця між вуглецевим волокном і графітом полягає в з'єднанні між шарами. Графіт є кристалічною структурою, його міжшарове з’єднання нещільне, тоді як вуглецеве волокно не є кристалічною структурою, міжшарове з’єднання є нерегулярним, що може запобігти ковзанню та підвищити міцність матерії.
Як правило, щільність вуглецевого волокна становить 1750 кг/м3, теплопровідність висока, але потужність передачі енергії низька, а питома теплоємність вуглецевого волокна також нижча, ніж у міді. При нагріванні вуглецеве волокно стає товщим і коротшим. Хоча природний колір вуглецевого волокна чорний, вчені можуть фарбувати його в різні кольори.