在燃料電池領域，納米碳纖維膜可用作氣體擴散層，相比于傳統的碳紙，納米碳纖維膜有數量更多、尺寸更小的孔隙，可以使反應氣體和反應產物順暢地通過，連續的柔性導電纖維網絡既保證了良好的導電導熱性能，又保證了與催化層和雙極板的良好接觸；用作燃料電池催化劑載體，納米碳纖維膜相比于傳統的Pt/C漿料催化層擁有更多的催化活性位點和三相界面，能實現更高的催化效率，連續的導電網絡有助于獲得更大的電流密度。