Drogą nowoczesnej industrializacji włókien węglowych jest proces karbonizacji włókien prekursorowych. Skład i zawartość węgla w trzech rodzajach włókien surowych przedstawiono w tabeli.

Nazwa surowego włókna dla włókna węglowego Składnik chemiczny Zawartość węgla /% uzysku włókna węglowego /% włókna wiskozowego (C6H10O5) n4521～35 włókno poliakrylonitrylowe (c3h3n) n6840～55-smoczkowe włókno C, h9580～90

Proces wykorzystania tych trzech rodzajów surowych włókien do produkcji włókien węglowych obejmuje: obróbkę stabilizacyjną (powietrze o temperaturze 200-400℃lub obróbka chemiczna odczynnikiem zmniejszającym palność), karbonizacja (azot w temperaturze 400-1400℃) i grafityzacja (powyżej 1800℃w atmosferze argonu). Aby poprawić przyczepność pomiędzy włóknem węglowym a matrycą kompozytową, konieczna jest obróbka powierzchni, klejenie, suszenie i inne procesy.

Innym sposobem wytwarzania włókien węglowych jest wzrost pary. W obecności katalizatora można wytworzyć nieciągłe krótkie włókna węglowe o maksymalnej długości 50 cm w reakcji metanu i wodoru w temperaturze 1000℃. Jego struktura różni się od włókna węglowego na bazie poliakrylonitrylu lub paku, łatwa do grafityzacji, dobre właściwości mechaniczne, wysoka przewodność, łatwa do formowania mieszanka interkalacyjna（Zobacz wzrost fazy gazowej (włókno węglowe).