碳纖維的密度是鋼的五分之一，強度卻是鋼的5倍，抗電磁、耐疲勞、耐腐蝕，在力學表現上相當優異。1980年代即已開始應用於航太、運動用品。工研院憑藉對碳纖維技術的掌握，協助企業精進碳纖維高爾夫球桿、網球拍的製造水準，更帶動自行車產業脫胎換骨，大幅提升產品附加價值。

1985年起與巨大機械合作，進行碳纖維自行車架的開發，1988年第一批碳纖維自行車架出廠，經測試耐久性比國外碳纖維車架高出10倍，更幫助巨大贊助的車隊，在2004年環法自行車賽中取得佳績，大幅提升巨大碳纖維車銷售量，也讓巨大機械從代工轉型品牌，「捷安特」成功打入全球自行車高價市場，成為材料創新帶動產業升級的最佳典範。

工研院以碳纖維開發「複合材料貼片補強混凝土結構技術」，作為鋼筋混凝土結構物的補強。1999年臺灣遭遇921大震，工研院也運用此技術，協助災區建築復建；後更切入航太領域，與美國Spirit公司合作開發新世代航太用碳纖維，成功開發高模數碳纖維前驅體材料，其剛性達到國際模數碳纖維標準，有助於我國複材產業轉進航太高科技市場。因應環保趨勢，2018年開發出可100%回收的「熱塑性碳纖維複合材料」，技轉廠商製成質輕堅固的行李箱，行銷國際，將帶動臺灣循環經濟商機。