कार्बन फाइबर सामग्री में अच्छे थर्मल इन्सुलेशन गुण होते हैं। क्योंकि कार्बन फाइबर में कम ताप क्षमता, कम तापीय चालकता और उच्च विशिष्ट ऊष्मा की विशेषताएं होती हैं, कार्बन फाइबर उच्च तापमान वाले वातावरण में अन्य घटकों को प्रभावी ढंग से इन्सुलेट और संरक्षित कर सकता है।
इसके अलावा, कार्बन फाइबर सामग्री का थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन इसके घनत्व, मोटाई, संरचना और अन्य कारकों से भी प्रभावित होता है। सामान्यतया, कार्बन फाइबर सामग्री का घनत्व जितना कम होगा, थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा; कार्बन फाइबर सामग्री की मोटाई जितनी अधिक होगी, थर्मल इन्सुलेशन प्रदर्शन उतना ही बेहतर होगा।
अनुप्रयोगों में, कार्बन फाइबर सामग्री का व्यापक रूप से एयरोस्पेस, ऑटोमोबाइल, जहाजों और अन्य क्षेत्रों में थर्मल इन्सुलेशन सामग्री या इन्सुलेशन परतों के रूप में उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, कार्बन फाइबर कंपोजिट का उपयोग एयरोस्पेस वाहनों के लिए थर्मल इन्सुलेशन सामग्री के रूप में किया जा सकता है, और कार्बन फाइबर प्रबलित सिरेमिक कंपोजिट का उपयोग उच्च तापमान पर थर्मल इन्सुलेशन के लिए किया जा सकता है।