ग्रेफाइट और कार्बन फाइबर शब्द कुछ हद तक विनिमेय हो गए हैं। हालांकि, लेड पेंसिल में ग्रेफाइट और टेनिस रैकेट में ग्रेफाइट स्पष्ट रूप से एक ही सामग्री नहीं हैं। एक मजबूत रैकेट बनाने वाली सामग्री वास्तव में कार्बन फाइबर से बनी होती है। ग्रेफाइट और कार्बन फाइबर दोनों कार्बन आधारित हैं; अंतर उस प्रक्रिया में निहित है जो अंतिम उत्पाद का उत्पादन करती है।
दक्षिणी मिसिसिपी विश्वविद्यालय में पॉलिमर विज्ञान विभाग के एक लेख के अनुसार, ग्रेफाइट शुद्ध कार्बन है जिसके परमाणुओं को हेक्सागोनल रिंगों की बड़ी चादरों में व्यवस्थित किया जाता है। लेख उनकी तुलना चिकन तार से करता है। कार्बन फाइबर इस मायने में भिन्न हैं कि वे एक बहुलक हैं जो एक प्रकार का ग्रेफाइट है। एक बहुलक कार्बन परमाणुओं की एक श्रृंखला है जो एक दूसरे से जुड़े होते हैं। बहुलक को कार्बन फाइबर बनने की प्रक्रिया से गुजरना पड़ता है जो इसे ग्रेफाइट से अलग बनाता है।
कार्बन परमाणुओं की उस लंबी श्रृंखला को कार्बन फाइबर में परिवर्तित करने में बहुलक को खींचना शामिल है। 200 से 300 डिग्री सेंटीग्रेड पर एक ऑक्सीकरण उपचार बहुलक से कार्बन फाइबर की प्रक्रिया शुरू करता है। इसके बाद पॉलिमर को 1,000 से 2,500 डिग्री सेंटीग्रेड के तापमान पर गर्म किया जाता है। गर्मी की सटीक मात्रा विशिष्ट फाइबर के उपयोग पर निर्भर करती है। हीटिंग प्रक्रिया के दौरान, फाइबर एक पदार्थ में कम हो जाते हैं जो लगभग 92 प्रतिशत कार्बन होता है। गर्मी के परिणामस्वरूप बहुलक बहुत पतला हो जाता है, जिस बिंदु पर यह कार्बन फाइबर बन जाता है। यदि प्रक्रिया जारी रहती है और गर्मी २,५०० डिग्री सेंटीग्रेड से ऊपर उठती है, तो बहुलक कार्बन फाइबर के बजाय ग्रेफाइट में बदल जाएगा।
ब्रिस्टल विश्वविद्यालय के अनुसार, घनत्व की कमी के बावजूद कार्बन फाइबर बहुत मजबूत होते हैं। ग्रेफाइट और कार्बन फाइबर दोनों अक्रिय और अक्रियाशील हैं; यह बताता है कि क्यों लेड पेंसिल में ग्रेफाइट कागज के साथ प्रतिक्रिया नहीं करता है, और टेनिस रैकेट में कार्बन फाइबर रैकेट के अन्य घटकों के साथ बातचीत नहीं करता है। जैसा कि विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय के रसायन विज्ञान विभाग बताते हैं, कार्बन फाइबर लिगामेंट प्रतिस्थापन के लिए सही सामग्री बनाते हैं।
ग्रेफाइट और कार्बन फाइबर के बीच मुख्य अंतर यह है कि ग्रेफाइट आसानी से टूट जाता है जबकि कार्बन फाइबर मजबूत होता है। यह अंतर बताता है कि क्यों ग्रेफाइट पेंसिल में अच्छा काम करता है और कार्बन फाइबर खेल उपकरण, हवाई जहाज और अंतरिक्ष यान में अच्छा काम करता है।