Sợi carbon thường được cung cấp dưới dạng sợi kéo liên tục thành một cuộn. Bó là một tập hợp gồm hàng ngàn sợi carbon riêng lẻ liên tục được giữ với nhau và được bảo vệ bởi một lớp phủ hữu cơ, chẳng hạn như polyethylen (PEO) hoặc rượu polyvinyl (PVA). Việc cuộn sợi để có thể thuận tiện mở ra để sử dụng. Mỗi dây tóc carbon trong một cuộn là một hình trụ liên tục với đường kính 5-10 micromet và hầu như chỉ bao gồm carbon. Thế hệ sớm nhất (vd T300, HTA và AS4) có đường kính 16-22 micromet.[6] Sợi sau (ví dụ IM6 hoặc IM600) có đường kính khoảng 5 micromet.[6]

Cấu trúc nguyên tử của sợi carbon tương tự như than chì, bao gồm các tấm nguyên tử carbon được sắp xếp theo mô hình lục giác đều (tấm graphen), sự khác biệt nằm ở cách các tấm này lồng vào nhau. Than chì là một vật liệu tinh thể trong đó các tấm được xếp song song với nhau theo cách thông thường. Các lực liên phân tử giữa các tấm là lực Van der Waals tương đối yếu, khiến than chì có các đặc tính mềm và giòn.

Tùy thuộc vào tiền chất để tạo ra sợi, sợi carbon có thể là động lực học - turbostratic - hoặc graphit, hoặc có cấu trúc lai với cả hai phần graphit và động lực học. Trong sợi carbon phản lực, các tấm nguyên tử carbon được gấp lại một cách ngẫu nhiên, hoặc nhàu nát, cùng nhau. Sợi carbon có nguồn gốc từ polyacrylonitrile (PAN) là turbostratic, trong khi sợi carbon có nguồn gốc từ mesophase sân là graphitic sau khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ vượt quá 2200   °C. Sợi carbon turbostratic có xu hướng có độ bền kéo cao, trong khi sợi carbon có nguồn gốc mesophase được xử lý nhiệt có mô đun Young cao (nghĩa là độ cứng cao hoặc khả năng mở rộng dưới tải) và độ dẫn nhiệt cao.