Gustoća: Gustoća karbonskih vlakana kreće se od 1,5 do 2,0 g/cm³, što prvenstveno ovisi o temperaturi karbonizacije, osim o strukturi prekursorskog vlakna. Općenito, nakon tretmana grafitizacijom na visokoj-temperaturi (3000 stupnjeva), njegova gustoća može doseći 2,0 g/cm³.
Koeficijent toplinskog širenja: Koeficijent toplinskog širenja karbonskih vlakana razlikuje se od ostalih vlakana, pokazujući anizotropiju. Negativan je paralelan sa smjerom vlakana (-0,90 x 10⁻⁶ do -0,72 x 10⁻⁶ K⁻¹), a pozitivan okomit na smjer vlakana (22 x 10⁻⁶ do 32 x 10⁻⁶ K⁻¹).
Specifični toplinski kapacitet: Specifični toplinski kapacitet karbonskih vlakana općenito je 7,12 x 10⁻¹ kJ/(kg·K). Toplinska vodljivost opada s porastom temperature.
Specifični otpor: Specifični otpor ugljičnih vlakana ovisi o vrsti vlakna. Na 25 stupnjeva, ugljična vlakna visokog-modula imaju otpornost od 775 mΩ/cm, dok ugljična vlakna visoke-čvrstoće imaju otpornost od 1500 mΩ/cm. Ugljična vlakna imaju pozitivnu elektromotornu silu (EMS), dok legura aluminija ima negativnu EMF. Stoga može doći do kemijske korozije kada se kompoziti od karbonskih vlakana koriste u kombinaciji s aluminijskim legurama.
