วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มีคุณสมบัติเป็นฉนวนความร้อนที่ดี เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์มีลักษณะเฉพาะคือความจุความร้อนต่ำ ค่าการนำความร้อนต่ำ และความร้อนจำเพาะสูง คาร์บอนไฟเบอร์จึงสามารถเป็นฉนวนและปกป้องส่วนประกอบอื่นๆ ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ
นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการเป็นฉนวนของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ยังได้รับผลกระทบจากความหนาแน่น ความหนา โครงสร้าง และปัจจัยอื่นๆ อีกด้วย โดยทั่วไปแล้ว ยิ่งความหนาแน่นของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ยิ่งต่ำ ประสิทธิภาพของฉนวนความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ยิ่งความหนาของวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์มากเท่าใดประสิทธิภาพการระบายความร้อนก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น
ในการใช้งาน วัสดุคาร์บอนไฟเบอร์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการบินและอวกาศ รถยนต์ เรือ และสาขาอื่นๆ เช่น วัสดุฉนวนความร้อนหรือชั้นฉนวน ตัวอย่างเช่น คอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์สามารถใช้เป็นวัสดุฉนวนความร้อนสำหรับยานพาหนะการบินและอวกาศ และคอมโพสิตเซรามิกเสริมคาร์บอนไฟเบอร์สามารถใช้เป็นฉนวนกันความร้อนที่อุณหภูมิสูงได้
