碳/碳復合材料的力學性能主要取決于碳纖維的種類、取向、含量和制備工藝。單向增強碳/碳復合材料沿碳纖維長度方向的力學性能高于垂直方向的力學性能幾十倍。隨著溫度的升高，碳/碳復合材料的強度不僅沒有降低，而且比室溫下的強度還要高。一般C/C復合材料的抗拉強度在270MPa以上，單向高強度C/C復合材料可達700MPa以上。1000℃以上，強度最低的碳/碳復合材料比強度高于耐熱合金和陶瓷材料。碳/碳復合材料的斷裂韌性遠高于碳材料，其破壞模式是漸進的而不是突然的，因為基體碳的斷裂應力和應變低于碳纖維。