Материјали од угљеничних влакана имају добре карактеристике топлотне изолације. Пошто угљенична влакна имају карактеристике ниског топлотног капацитета, ниске топлотне проводљивости и високе специфичне топлоте, угљенична влакна могу ефикасно изоловати и заштитити друге компоненте у окружењима високе температуре.
Поред тога, на перформансе топлотне изолације материјала од угљеничних влакана утичу и његова густина, дебљина, структура и други фактори. Уопштено говорећи, што је мања густина материјала од угљеничних влакана, то су боље перформансе топлотне изолације; што је већа дебљина материјала од угљеничних влакана, то су боље перформансе топлотне изолације.
У апликацијама, материјали од угљеничних влакана се широко користе у ваздухопловству, аутомобилима, бродовима и другим пољима као топлотноизолациони материјали или изолациони слојеви. На пример, композити од угљеничних влакана могу се користити као топлотноизолациони материјали за ваздухопловна возила, а керамички композити ојачани угљеничним влакнима могу се користити за топлотну изолацију на високим температурама.
