לחומרי סיבי פחמן יש תכונות בידוד תרמי טובות. מכיוון שסיבי פחמן הם בעלי מאפיינים של קיבולת חום נמוכה, מוליכות תרמית נמוכה וחום סגולי גבוה, סיבי פחמן יכולים לבודד ולהגן ביעילות על רכיבים אחרים בסביבות טמפרטורות גבוהות.
בנוסף, ביצועי הבידוד התרמי של חומרי סיבי פחמן מושפעים גם מצפיפות, עובי, מבנה וגורמים נוספים. באופן כללי, ככל שהצפיפות של חומר סיבי הפחמן נמוכה יותר, כך ביצועי הבידוד התרמי טובים יותר; ככל שהעובי של חומר סיבי הפחמן גדול יותר, כך ביצועי הבידוד התרמי טובים יותר.
ביישומים, חומרי סיבי פחמן נמצאים בשימוש נרחב בתעופה וחלל, כלי רכב, ספינות ותחומים אחרים כחומרי בידוד תרמי או שכבות בידוד. לדוגמה, ניתן להשתמש בחומרי סיבי פחמן כחומרי בידוד תרמי לכלי תעופה וחלל, ורכיבים קרמיים מחוזקים בסיבי פחמן יכולים לשמש לבידוד תרמי בטמפרטורות גבוהות.
