碳/碳复合材料的力学性能主要取决于碳纤维的种类、取向、含量和制备工艺。单向增强碳/碳复合材料沿碳纤维长度方向的力学性能高于垂直方向的力学性能几十倍。随着温度的升高，碳/碳复合材料的强度不仅没有降低，而且比室温下的强度还要高。一般C/C复合材料的抗拉强度在270MPa以上，单向高强度C/C复合材料可达700MPa以上。1000℃以上，强度最低的碳/碳复合材料比强度高于耐热合金和陶瓷材料。碳/碳复合材料的断裂韧性远高于碳材料，其破坏模式是渐进的而不是突然的，因为基体碳的断裂应力和应变低于碳纤维。