碳納米纖維可以是空心的，也可以是實心的。碳納米管實際上是一種由一層或多層石墨烯卷成的碳納米纖維(中空)。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強、高模量纖維。它是由鱗片石墨微晶有機纖維沿纖維軸向堆疊而成，經炭化和石墨化處理后的微晶石墨材料。

　納米碳纖維在成本和產量上與碳納米管相比都有完全的優勢。所以在復合材料（包括增強、導電及電磁屏蔽添加劑等）、門控場發射器件、電化學探針、超電容、催化劑載體、過濾材料等領域都有潛在的應用前景。炭纖維的拉伸彈性模量也隨著高熱處理溫度和石墨化程度的升高而升高。但是其拉伸強度也將下降，這是因為在多晶材料中，晶界強度往往比晶粒內部強度小，所以初始裂紋大多存在于晶界處，且其在外力作用下擴展時，多沿晶界進行。目前在工業上常用的增強型纖維中，決定強度的一個關鍵因素是長徑比，即長度和直徑之比。目前材料工程師希望得到的長徑比至少是20:1，而碳納米管的長徑比一般在1000:1以上，是理想的高強度纖維材料。