Włókna węglowe są stosowane jako wzmocnienia polimerów i występują jako materiały o szerokim zakresie wartości wytrzymałości i modułu E. Charakteryzują się one bardzo dużą sztywnością i wytrzymałością. Ponadto włókna węglowe mają doskonałą odporność na pełzanie, naprężenia, zmęczenie i korozję. Ważną cechą, obok małej gęstości, jest niski współczynnik rozszerzalności cieplnej (CTE). Warto odnotować, że włókna węglowe mają na ogół mały, ujemny CTE osiowy (tj. skracają się po podgrzaniu) i mogą być stosowane do produkcji kompozytów wzmacnianych węglem na elementy lotnicze, w których różnica temperatur między częścią narażoną na działanie słońca i elementem zacienionym dochodzi do 400–500°C. Większość włókien węglowych jest silnie anizotropowa. Sztywność osiowa, rozciąganie, wytrzymałość na ściskanie i przewodność cieplna są zazwyczaj znacznie większe niż odpowiadające im właściwości w kierunku poprzecznym.

Włókna węglowe są wykonane głównie z trzech kluczowych materiałów prekursorowych: poliakrylonitrylu (PAN), paku naftowego i paku węglowego. Włókna na bazie PAN są najczęściej stosowanym rodzajem włókien węglowych. Kluczową zaletą włókien na bazie paku jest to, że można je wytwarzać ze znacznie wyższymi modułami osiowymi niż te wykonane z prekursorów PAN. Jednak kompozyty wykonane z włókien węglowych na bazie paku są generalnie nieco słabsze na rozciąganie i ścinanie oraz znacznie słabsze na ściskanie niż kompozyty wytwarzane przy użyciu wzmocnień opartych na PAN.

Spośród włókien polimerowych najczęściej stosowane są włókna aramidowe. Są one organicznym zbrojeniem o wysokim module, stosowanym głównie do wzmacniania polimerów i cementu oraz do ochrony balistycznej. Aramidy to aromatyczne polimery (z grupy poliamidów) o bardzo sztywnej strukturze cząsteczkowej, dzięki czemu ich właściwości mechaniczne są bardzo wysokie.

Włókna aramidowe są otrzymywane w procesie niskotemperaturowej polikondensacji parafenylenodiaminy oraz chlorku tereftaloilu, stanowiąc niezwykle lekki i wytrzymały materiał polimerowy. Został on wynaleziony w laboratoriach DuPont przez amerykańską chemiczkę polskiego pochodzenia Stephanie Kwolek i opatentowany w 1974 roku (pod nazwą Kevlar) a swoją wytrzymałość zawdzięcza w głównej mierze sposobowi przędzenia włókien. Dodatkowo charakteryzuje się niską przewodnością cieplną, brakiem przewodnictwa prądu elektrycznego i bardzo wysokiej odporności temperaturowej na działanie płomienia.

Istnieje wiele komercyjnych włókien aramidowych produkowanych przez kilku producentów. Ich właściwości wynikają z faktu, że wiązania wodorowe utrzymują razem łańcuchy makrocząsteczkowe w kierunku poprzecznym. W konsekwencji włókna te mają wysoką wytrzymałość w kierunku wzdłużnym i słabą wytrzymałość w kierunku poprzecznym. Ponadto struktura pierścienia aromatycznego nadaje łańcuchom makrocząsteczkowym dużą sztywność, dzięki czemu mają one strukturę przypominającą pręt. Włókna te, ze względu na ich niską gęstość, wysoką wytrzymałość i moduł, są stosowane jako wzmocnienie w kompozytach z matrycą polimerową (np. epoksydową) w zastosowaniach lotniczych, morskich i motoryzacyjnych. Przykłady zastosowania to m.in.: w kaskach, kamizelkach kuloodpornych, wyposażeniu sportowym, elementach uzbrojenia, motoryzacji i produkcji żagli oraz powłokach lakierniczych.