Materijali od karbonskih vlakana imaju dobra svojstva toplinske izolacije. Budući da karbonska vlakna imaju karakteristike niskog toplotnog kapaciteta, niske toplotne provodljivosti i visoke specifične toplote, karbonska vlakna mogu efikasno izolovati i zaštititi druge komponente u okruženjima sa visokim temperaturama.
Osim toga, na performanse toplinske izolacije materijala od karbonskih vlakana utječu i njihova gustoća, debljina, struktura i drugi faktori. Općenito govoreći, što je manja gustoća materijala od karbonskih vlakana, to su bolje performanse toplinske izolacije; što je veća debljina materijala od karbonskih vlakana, to su bolje performanse toplotne izolacije.
U primjenama, materijali od karbonskih vlakana se široko koriste u zrakoplovstvu, automobilima, brodovima i drugim poljima kao toplinski izolacijski materijali ili izolacijski slojevi. Na primjer, kompoziti od karbonskih vlakana mogu se koristiti kao toplinski izolacijski materijali za zrakoplovna vozila, a keramički kompoziti ojačani karbonskim vlaknima mogu se koristiti za toplinsku izolaciju pri visokim temperaturama.
