Włókno węglowe (włókno karbonizowane, ang. carbon fibre) - włókno produkowane w wyniku kontrolowanej pirolizy poliakrylonitrylu i innych polimerów organicznych, składające się prawie wyłącznie z rozciągniętych struktur węglowych podobnych chemicznie do grafitu.
Ich wysoce zorganizowana struktura nadaje im dużą wytrzymałość mechaniczną, a fakt, że składają się prawie wyłącznie z grafitu, powoduje, że są one nietopliwe i odporne chemicznie. Włókna te są stosowane jako materiał konstrukcyjny w wielu laminatach, które wspólnie nazywa się czasami "karbonami". Dodatek włókien węglowych powoduje też wzmocnienie żagli jachtowych oraz powoduje polepszenie właściwości materiału z którego wykonywane są namioty.
Włókna te dzieli się na dwa rodzaje:
- Właściwie włókna węglowe, które zawierają 80-98% węgla, ich grafitowa struktura jest słabo rozwinięta i mało zorientowana; włókna węglowe z poliakrylonitrylu mają moduł Younga E ok. 90 GPa, a wytrzymałość na rozciąganie Rr ok. 900 MPa
- Włókna grafitowe zawierają ok. 99% węgla z dobrze wykształconą i zorientowaną grafitową strukturą krystaliczną; włókno grafitowe z poliakrylonitrylu mają moduł E ok. 420 GPa, wytrzymałość Rr ok. 2500 MPa.