Hustota: Hustota uhlíkových vláken se pohybuje od 1,5 do 2,0 g/cm³, což závisí především na teplotě karbonizace, kromě struktury prekurzorového vlákna. Obecně platí, že po úpravě grafitizací při vysoké teplotě (3000 stupňů) může jeho hustota dosáhnout 2,0 g/cm³.
Koeficient tepelné roztažnosti: Koeficient tepelné roztažnosti uhlíkových vláken se liší od ostatních vláken a vykazuje anizotropii. Je záporná rovnoběžná se směrem vlákna (-0,90 x 10⁻⁶ až -0,72 x 10⁻⁶ K⁻1) a kladná kolmá ke směru vlákna (22 x 10⁻⁶ až 32 x 10⁻⁶ K⁻¹).
Měrná tepelná kapacita: Měrná tepelná kapacita uhlíkových vláken je obecně 7,12 x 10⁻¹ kJ/(kg·K). Tepelná vodivost klesá s rostoucí teplotou.
Specifický odpor: Specifický odpor uhlíkových vláken závisí na typu vlákna. Při 25 stupních má uhlíkové vlákno s vysokým -modulem měrný odpor 775 mΩ/cm, zatímco vysokopevnostní uhlíkové vlákno má měrný odpor 1500 mΩ/cm. Uhlíkové vlákno má kladnou elektromotorickou sílu (EMF), zatímco hliníková slitina má zápornou EMF. Při použití kompozitů s uhlíkovými vlákny v kombinaci se slitinami hliníku proto může docházet k chemické korozi.
