Materijali od karbonskih vlakana imaju dobra svojstva toplinske izolacije. Budući da karbonska vlakna imaju karakteristike niskog toplinskog kapaciteta, niske toplinske vodljivosti i visoke specifične topline, karbonska vlakna mogu učinkovito izolirati i zaštititi druge komponente u okruženjima visoke temperature.
Osim toga, na toplinsku izolaciju materijala od karbonskih vlakana također utječu njihova gustoća, debljina, struktura i drugi čimbenici. Općenito govoreći, što je niža gustoća materijala od karbonskih vlakana, to je bolja toplinska izolacija; što je veća debljina materijala od karbonskih vlakana, to je bolja toplinska izolacija.
U primjenama, materijali od karbonskih vlakana naširoko se koriste u zrakoplovstvu, automobilima, brodovima i drugim područjima kao toplinski izolacijski materijali ili izolacijski slojevi. Na primjer, kompoziti od ugljičnih vlakana mogu se koristiti kao toplinski izolacijski materijali za zrakoplovna vozila, a keramički kompoziti ojačani ugljičnim vlaknima mogu se koristiti za toplinsku izolaciju na visokim temperaturama.
