1、密度低質量輕：碳纖維夾心泡沫材料的密度很低，只有1.5-2g/cm3。相當于鋼密度的1/5， 鋁合金的1/2，碳纖維復合材料不僅在輕量化方面獨具優勢，高強度也讓碳纖維復合材料可以代替很多傳統金屬材質。碳纖維復合材料制作的零部件，要比使用傳統鋁合金材質的零部件重量輕15%-30%，機器使用壽命也得到提升。

2、高強度高模量：碳纖維具備著優良的物理特性，例如它在抗拉強度方面可達3500MPa以上，是鋼的7- 9倍；在抗拉彈性模量方面達到2300- 4300MPa，也明顯高于鋼；碳纖維復合材料的比模量也比鋼要高，碳纖維比模量為2000MPa/(g/cm3)，而鋼僅為59MPa/(g/cm3)。

3、耐熱性：碳纖維本身是一種耐高溫的材料，理論上可以達到2600℃，但往往碳纖維并不會單獨使用，需要與固化劑如環氧樹脂進行復合制成成品，環氧樹脂的燃點并不高，碳纖維復合材料的耐高溫性能就會有局限性。以陶瓷為基體的碳纖維復合材料耐溫可達到2000攝氏度以上，不過這些材料需要和氧氣隔絕才能發揮出其性能，所以多出現航天航天領域，其它常見的以樹脂作為基體的碳纖維復合材料能承受的溫度在200攝氏度左右。

4、熱膨脹系數小：碳纖維的熱膨脹系數很小，可以達到從幾千攝氏度的高溫突然降到常溫而不會炸裂。當碳纖維復合材料與其它熱膨脹系數大的材料承受相同的熱量時，碳纖維復合材料更不易膨脹和變形，所以一些高精度的結構件中很多都使用了碳纖維復合材料。

5、抗腐蝕與抗老化：碳纖維復合材料的抗腐蝕性十分突出，一般的酸堿鹽等物質對其根本不會產生影響。碳纖維復合材料在濕空氣中也不會發生水解反應，具有耐水性和耐濕熱老化特征，除此之外碳纖維復合材料的X光射線透過率也十分高，在醫用X射線診斷裝置中就使用了碳纖維復合材料，用以減少X光射線對人體的損害。