Süsinikkiudmaterjalidel on head soojusisolatsiooni omadused. Kuna süsinikkiul on madal soojusmahtuvus, madal soojusjuhtivus ja kõrge erisoojus, suudab süsinikkiud tõhusalt isoleerida ja kaitsta teisi komponente kõrge temperatuuriga keskkondades.
Lisaks mõjutavad süsinikkiudmaterjalide soojusisolatsioonivõimet ka selle tihedus, paksus, struktuur ja muud tegurid. Üldiselt võib öelda, et mida madalam on süsinikkiust materjali tihedus, seda parem on soojusisolatsiooni jõudlus; mida suurem on süsinikkiust materjali paksus, seda parem on soojusisolatsiooni jõudlus.
Rakendustes kasutatakse süsinikkiudmaterjale laialdaselt kosmosetööstuses, autodes, laevades ja muudes valdkondades soojusisolatsioonimaterjalide või isolatsioonikihtidena. Näiteks saab süsinikkiust komposiite kasutada kosmosesõidukite soojusisolatsioonimaterjalina ja süsinikkiuga tugevdatud keraamilisi komposiite kõrgetel temperatuuridel soojusisolatsiooniks.
