碳纤维是大型先进飞机的主要结构材料，碳纤维在新型飞艇中也用作结构材料。

　　20世纪70年代中期的石油危机是碳纤维应用于飞机制造的直接原因。为缓解能源危机，当时的美国政府启动了“飞机节能计划”。现代飞机机身采用钢、铝、钛等金属和复合材料制成。为节约燃油和提高运营效益，减轻机身质量一直是飞机设计制造技术中的核心挑战之一。而碳纤维在飞机机身制造上的成熟应用为减轻飞机机身质量提供了最有效的途径。例如，以金属材料为主制成的波音767飞机机身质量为60 t，而将碳纤维用量提升到50%时，新型波音767飞机机身质量下降到48 t，仅此就极大地提升了该型飞机的能源和环境效益。　

　　正在研制的波音777X型飞机和最新投产的波音787型飞机，机身复合材料的用量都达到了50%。波音777X型飞机是波音公司以波音777飞机为基型，正在开发的一种大型双引擎客机，计划首架飞机于2020年交付投入运营。波音777X飞机的主翼由碳纤维制成，其翼展长约72m，是目前客机中翼展最长的机型之一。翼展越长，升力越大，因此，波音777X的单座燃油消耗和运营成本都非常有竞争力。此外，碳纤维机翼不仅强度高、柔性好，且末端可折叠，这样多数机场都能满足其宽翼展的停机需求。波音787飞机的主翼和机身等主承力结构都采用日本东丽公司TORAYCA®品牌的碳纤维预浸料制造。2005年11月，东丽公司与美国波音公司签署了一项为期10年的协议，为波音787梦想号飞机提供碳纤维预浸料。2015年11月9日，东丽公司宣布与美国波音公司达成综合协议，将为波音公司生产的787和777X两型飞机提供价值约110亿美元的碳纤维预浸料。波音公司计划提高787飞机的月产量，将从2015年的10架提高到2016年的12架、2020年的14架；同时，大型模块的比率也将提高，这将极大地促进对碳纤维的需求。为保证波音787飞机月产量达12架后的材料供应，位于美国华盛顿州塔科马市的东丽复合材料公司已于2016年1月完成了扩产；同时，日本东丽公司决定投资约4.7亿美元，在其收购的斯帕坦堡县厂区内建设包含原丝、碳纤维和预浸料在内的一体化生产线，设计年产能为2 000 t，这是东丽公司首次在美国建设一体化的碳纤维生产线，以用于研发波音777X飞机和满足月产14架波音787飞机的需求。

　　2016年8月17日，英国最新研制的“空中之恋10号”大型飞艇完成了其处女航。这架飞艇是一种轻于空气的航天器，被设计用来执行侦察、监视、通信、货物与救援物资的运输，以及乘客交通等。该飞艇采用日本可乐丽公司生产的聚芳酯织物作蒙皮，蒙皮内充满了带压氦气；其形状结构材料采用碳纤维，最大化地减轻了飞艇自身质量。无人值守的情况下，该飞艇一次可最长在空中漂浮5天。