Uhlíkové vlákno prochází během výroby vysoko-karbonizací (nad 1000 stupňů) v prostředí inertního plynu. Tento proces zahrnuje uvolňování ne-uhlíkových prvků (jako je kyslík a dusík) a přeskupování atomů uhlíku, což vede k neuspořádané grafitové struktuře. Povrch se stává relativně hladkým, postrádá aktivní funkční skupiny, čímž vykazuje inertnost a nízkou reaktivitu. Špatná adheze mezi uhlíkovým vláknem a polymerem, jako výztužné vlákno v kompozitních materiálech, spolu se slabou mezifázovou vazbou vede k nízké interlaminární pevnosti ve smyku u kompozitů s polymerní matricí vyztužených vlákny-, což ovlivňuje jejich aplikace. Zlepšení povrchu vlákna nebo vlastností rozhraní mezi uhlíkovým vláknem a polymerem je klíčové pro získání vysoce výkonných kompozitů s polymerní matricí vyztužených uhlíkovými vlákny-.
Uhlíková vlákna obvykle před opuštěním továrny procházejí povrchovou úpravou (jako je eloxování) a klížením. Někteří výzkumníci dále upravují povrch uhlíkových vláken, aby zvýšili drsnost povrchu a polární skupiny, čímž zlepšili jeho afinitu k polymeru. V současnosti metody povrchové modifikace uhlíkových vláken zahrnují především oxidační úpravu, povrchovou úpravu, plazmovou úpravu, povrchovou roubovací úpravu, úpravu gama-paprskem a úpravu ultrazvukem.
