幾十年前，就有專家曾預言碳纖維將會取代金屬用來制造汽車結構件。現在這個預言已成為事實。碳纖維復合材料，憑借其質量小、強度高、剛性高，良好的耐腐蝕性的特點吸引了眾多豪華轎車廠商的垂青，碳纖維復合材料幾乎成為各廠家出奇制勝的法寶。
由于碳纖維增強聚合物基復合材料有足夠的強度和剛度，其適于制造汽車車身、底盤等主要結構件的最輕材料。預計碳纖維復合材料的應用可使汽車車身、底盤減輕重量40%~60%，相當于鋼結構重量的1/3~1/6。
英國材料系統實驗室曾對碳纖維復合材料減重效果進行研究，結果表明碳纖維增強聚合物材料車身重172kg，而鋼制車身重量為368kg，減重約50%。但由于碳纖維制造成本過高，碳纖維增強復合材料在汽車中的應用有限，僅在一些F1賽車、超級跑車、小批量車型上有所應用，如柯尼塞格，雷克薩斯LFA，日本的改裝廠，目前標配碳纖維車頂的寶馬M3也正式在國內發布，同期發布的碳纖維限量版M3更是在車頂的基礎上，加裝了碳纖維材質的前擾流板、尾翼、內飾細節等部件。
碳纖維還因為其環保、耐磨的特點而應用在剎車片上，但含有碳纖維復合材料的產品格外貴，所以目前這種剎車片還主要應用在高檔轎車上。
碳纖維制動盤被廣泛用于競賽用汽車上，例如F1賽車上。它能夠在50m的距離內將汽車的速度從300km/h降低到50km/h，此時制動盤的溫度會升高到900℃以上，制動盤會因為吸收大量的熱能而變紅。碳纖維制動盤能夠承受2500℃的高溫，而且具有非常優秀的制動穩定性。
雖然碳纖維制動盤具有性能卓越的減速性能，但是目前在量產的汽車上使用碳纖維制動盤卻并不實際。
因為碳纖維制動盤的性能在溫度達到800℃以上時才能夠達到最好。也就是說，必須在行駛了數公里之后，汽車的制動裝置才能進入最佳工作狀態，這對于大多數只是短途行駛的車輛并不適用。另外，碳纖維制動盤的磨損速度很快，制造成本也非常高。