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碳纖維和碳纖維增強復合材料（CFRP)作為二十一世紀的新材料，因其高強度、高彈性模量和低比重性能，在汽車上迅速得到廣泛的應用，無論是在車輛外觀、發動機艙內、車內門板或是飾板等，皆可看到碳纖維的應用。
    碳纖維（CF）是纖維狀的碳素材料，含碳量在90%以上，他是利用各種有機纖維在惰性氣體中、高溫狀態下碳化而制成，具有十分優異的力學性能。特別是在2000攝氏度以上高溫惰性環境中，是強度唯一不下降的物質。隨著其在汽車上的應用的增多，專家指出，在未來5年碳纖維將推動汽車工業的變革。
一、在汽車車身、底盤上的應用
    由于碳纖維增強聚合物基復合材料有足夠的強度和鋼度，其適于制造汽車車身、底盤等主要結構件的最輕材料。預計碳纖維復合材料的應用可使汽車車身、底盤減重40-60%，相當于鋼結構重量的1/3-1/6.
     英國材料系統實驗室曾對碳纖維復合材料減重效果進行研究，結果表明碳纖維增強聚合物材料車身重172kg，而同樣車型的鋼結構車身重量為368kg，減重約50%。并且當生產量在2萬兩以下時，采用樹脂傳遞模塑（RTM）工藝生產復合材料車身成本要低于鋼結構車身。
但由于碳纖維成本過高，碳纖維增強復合材料在汽車中的應用有限，僅在一些F1賽車、高級轎車、小批量車型上有所應用，如BMW公司的Z-9、Z-22的車身，M3系列車頂棚和車身，GM公司的Ultralite車身，保時捷911GT3承載式車身等。
    碳纖維還因為其環保、耐磨的特點而應用在制動摩擦片上，但含有碳纖維復合材料的產品都格外貴，所以目前這種制動摩擦片還主要應用在高檔轎車上，例如法拉利的F430。碳纖維制動盤被廣泛用于賽車上，例如F1賽車，它能夠在50米的距離內將汽車的速度從300KM/H降低到50KM/H，此時制動盤的溫度會升高到900度以上，制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。碳纖維制動盤能夠承受2500度的高溫，而且具有非常優秀的制動穩定性。雖然碳纖維制動盤具有卓越的減速性能，但是目前在量產的汽車上使用碳纖維制動盤卻并不實際，因為碳纖維制動盤的性能在溫度達到800度以上時才能夠達到最好。也就是說，必須在行駛了數公里之后，汽車的制動裝置才能進入最佳工作狀態，這對于大多數只是短途行駛的車輛并不適用。另外，碳纖維制動盤的磨損速度很快，制造成本也非常高。
二、在座椅加熱上的應用
    碳纖維汽車座椅加熱墊是碳纖維加熱應用于汽車工業的一個突破，碳纖維加熱元技術在汽車配套市場變得越來越受歡迎，他將會完全替代傳統的座椅加熱系統。目前幾乎全球所有汽車制造廠商的高檔、豪華轎車都配備了這種座椅加熱裝置，如奔馳、寶馬、奧迪、大眾、本田、日產等等。碳纖維熱載荷碳纖維是一種較高效能的導熱材料，熱率高達96%，并在加熱墊中均勻密布，保證熱量在座椅加熱區域均勻釋放，碳纖維線及溫度分布均勻，又確保了加熱墊長期使用保持座椅表面皮革平整完好。不產生紋路痕跡、不產生局部變色。溫度超出設定區間則自動斷電，不能滿足溫度要求自動通電調節溫度。碳纖維適宜人體吸收的紅外線波長，具有促進健康保健作用，可以充分減少駕乘疲勞，增加舒適度。
三、在輪轂上的應用
    德國的輪轂制造專家WHEEL SANDMORE推出的“Megalight-Forged-Series”輪轂系列，采取兩片式設計，外環為碳纖維材質打造，內轂為輕量化的合金，搭配不銹鋼制的螺絲，較一般同尺寸的輪轂可減輕重量40%左右。以20寸的輪轂為例，Megalight-Forged-Series輪轂僅有6KG，較一般大約18KG的重量相比，輕了一大截。20寸的Megalight-Forged-Series一組輪轂要價兩萬歐元，約人民幣21.86萬。
    英國Kahm公司使用CFRP制造的RX-X型高級轎車專用車輪，重量僅為6KG，可高速行駛，并可最大限度的降低車輪的徑向慣性力。由英國DYMAG公司開發的世界最輕碳纖維/鎂車輪由碳纖維輪轂和鎂制動盤兩部分組成，并用鍍鈦的特殊硬件連接起來。
四、在內飾上的應用
2009年6月6日天津碳妝車內飾成立于空港世紀汽配城，專業致力于汽車內飾碳纖維套件的制作 升級設計開發領域，填補了天津汽車個性改裝領域的空白。