碳纖維復合材料是當前飛機重量輕量化的主要方式，也是今后發展的主要方向。由于其質量輕、強度高、抗疲勞、耐腐蝕，除了這些特點外，還具有成型工藝優良、 成本低廉等優點，廣泛地應用于航空設備，可以有效地 改善結構性能，降低結構重量，降低運營成本，增強市場競爭力。碳纖維復合材料的使用范圍和使用部位已經成為飛機結構先進程度的一個重要指標，同時，也是航空公司采購飛機的一個重要參考指標。
70年代中期，誕生了以碳纖維為增強體的高性能復合材料，開啟了復合材料在飛機上的大規模應用。具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐疲勞性能的碳纖維增強復合材料非常適合航空裝備需求。軍機的垂尾、平尾等受力較大、尺寸較大的部件開始逐步使用碳纖維增強復合材料，如F-15、F-16、Mig-29、幻影 2000、F/A-18等飛機的復合材料尾翼、垂尾。從70年代至今，國外軍機尾翼已經全部采用復合材料。采用復合材料的平尾、垂尾一般占飛機全部結構重量的 5%-7%。
碳纖維復合材料在飛機機身制造上的成熟應用為減輕飛機機身質量提供了最有效的途徑。例如，以金屬材料為主制成的波音767飛機（CFRP用量僅占3%）機身質量為60 t，而將CFRP用量提升到50%時，新型波音767飛機機身質量下降到48 t，僅此就極大地提升了該型飛機的能源和環境效益。波音較大規模地應用復合材料的標志是 777 尾翼，787 是波音第一款大規模運用復合材料的飛機，其機身、機翼 和尾翼等主結構都用了復合材料，復合材料占結構重量的比例達到了 50%，因此 787也被戲稱為“塑料飛機”。
以空客為例，復合材料最早應用于 A320 水平尾翼、垂直尾翼，后來還應用于 A400M 大型軍用運輸機機翼。進入 21 世紀后，A380 碳纖維復合材料占比達到了 25%，主要應用于中央翼和尾翼，另外，A380 的機身蒙皮使用了纖維金屬層壓板。在波音的壓力下，空客 A350 幾易方案，大量地增加復合材料的應用，最終把復合材料的占比增加到 52%左右。
在飛機結構中，碳纖維復合材料是否能夠用于飛機結構，其主要影響因素是材料的沖擊損傷，一般采用CAI 來評價其抗沖擊性能，但在實際中，碳纖維復合材料必須考慮中厚蒙皮的損傷容限特性，以及薄板與薄板 之間的損傷阻抗特性。在評價碳纖維材料時，一般都是以強度、剛度作為主要 指標，單一的碳纖維材料已無法滿足生產任務的需要， 進一步研發出碳纖維復合材料已成為材料領域發展的必然趨勢。
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