碳纖維除用于高溫絕熱材料外，一般不單獨使用，常加入到樹脂、金屬或陶瓷、碳、水泥等基體中，構成碳纖維增強復合材料，是一種極為有用的結構材料。它不僅質輕、耐高溫，而且有很高的抗拉強度和彈性模量，具有廣泛的應用領域前景。但是現階段由于制作成本相對來說比較高，所有限制其的應用范圍。瀝青基碳纖維的應用行業有以下幾個:
碳纖維應用領域一：土木建筑應用
碳纖維增強材料與鋼筋混凝土相比，抗張強度與抗彎強度高5-l0倍，彎曲韌度和伸長應變能力高20～30倍，重量卻只有鋼筋混凝土的一半;絕熱性好，用作外裝材料可解決高層建筑的高精度防水，減輕地震負荷，節省鋼材。碳纖維用于制造層壓膠合板梁，為建筑業提供了一種更經濟、結構更完美的建筑梁。為此，碳纖維增強材料已被廣泛應用干房屋、橋梁、隧道等基礎設施的混凝土結構增強工程中，預計碳纖維增強材料在土木建筑領域的用量每年增長10%以上。
碳纖維應用領域二：航天應用
由于碳纖維復合材料具有比強度、比鋼度(比模量)高，耐疲勞性能好，可設計性強等一系列獨特優點，其在航空、航天裝備的輕量化，小型化和高性能化上起著無可替代的作用。飛機通過使用復合材料達到輕量化、省能化，使乘客數與飛行距離增加。一架波音777客機碳纖維的耗用量達到7噸左右，美國的無人攻擊機，全機由復合材料制成，飛機領域的碳纖維需求增長不斷加速。在航天領域，高強碳纖維復合材料也是導彈、運載火箭、人造衛星、宇宙飛船等結構上不可或缺的戰略材料。如碳/碳復合材料由于能耐1800℃以上的高溫，耐燒蝕性與抗熱震能力好，比強高，熱膨脹系數小，適合制作火箭發動機的絕熱殼體、噴管喉襯、導彈載入端頭等。這一系列的碳纖維一般都采用的是高性能的碳纖維。
碳纖維應用領域三：體育及醫療用品應用
碳纖維復合材料可應用在高檔文體休閑用品中，如高爾夫球桿、網球拍和釣魚桿等(碳纖維復合材料的高爾夫球桿要比金屬桿輕近50%);還可用于自行車、賽艇、賽車、弓箭、滑雪板、撐桿和樂器外殼。應用于醫療器械中，主要包括假肢、人造骨骼、韌帶、關節以及X光透視機等。文體用具方面使用的多為通用型碳纖維，醫療上則使用高性能碳纖維占多。
碳纖維應用領域四：一般工業應用
碳纖維復合材料在汽車工業應用于車軸、彈簧板、車殼、剎車片等;在以風力發電為主的能源領域應用于風機葉片、機艙罩、導流罩以及塔架結構;在武器裝備防彈產品方面應用于防彈頭盔、防彈服、運鈔車、防彈汽車等。另外，碳纖維在海洋石油開采、紡機配件劍桿織機、電氣電子元件、印刷造紙羅拉中也已普遍應用。此外，碳纖維吸附材料還廣泛應用于各個領域的空氣凈化、三廢處理。
碳纖維復合材料作為世界先進復合材料的代表，開發之初主要用于航空航天領域(約占80%)，但在20世紀90年代，由于碳纖維復合材料應用領域的不斷拓寬，尤其是近年來其應用發展的多元化，碳纖維年需求增長率達到20%。目前碳纖維在其他領域的應用已遠遠超過航空航天。鑒于對市場需求的樂觀估計，國外各主要碳纖維生產商紛紛擴大產能。
就地區需求而言，北美是全球需求碳纖維最大的地區，其次是歐洲、日本。我國碳纖維的應用也往不斷加以推廣，現如今已經到原子能、汽車冶金等其他行業，但是在使用的數量、應用的深度與廣度與世界先進的國家和地區，特別是和美國、日本相比還有較大的差距。隨著我國經濟的發展，特別是加入WTO以后，碳纖維的應用領域不斷擴大，市場需求量亦會進一步增加。雖然聚丙烯腈(PAN)碳纖維仍是今后發展的主流，但瀝青基碳纖維因生產成本低、市場價格低廉，再加上新用途的不斷開發和擴大，需求量將會相應地增加，市場將進一步擴大，發展前景將十分樂觀。