在大型先辈飞机中，碳纤维复合材料被广泛用作主承力结构材料。在近期研制成功的新型飞艇中，碳纤维复合材料也被用作结构材料。

　　20世纪70年代中期的石油危急是碳纤维应用于飞机制造的直接缘故原由。为缓解能源危急，当时的美国当局启动了“飞机节能计划。当代飞机机身采用钢、铝、钦等金属和复合材料制成。为节约燃油和进步运营效益，减轻机身质量一向是飞机设计制造技术中的核心挑衅之一。而碳纤维复合材料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用的途径。例如，以金属材料为主制成的波音767飞机(碳纤维复合材料用量仅占3%)机身质量为60t，而将碳纤维复合材料用量提拔到50%时，新型波音767飞机机身质量降落到48t,仅此就极大地提拔了该型飞机的能源和环境效益。
 

　　正在研制的波音777X飞机和最新投产的波音787飞机，机身复合材料的用量都达到了50%'。波音777X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年交付并投人运营。波音777X飞机的主翼由碳纤维复合材料制成，其翼展长约71.6m(235.0英尺)，是目前客机中翼展最长的机型之一。翼展越长则升力越大，因此，波音777X的单座燃油消费和运营成本都特别很是有竞争力。此外，碳纤维复合材料机翼不仅强度高、柔性好，且末端可折叠，如许多数机场能知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的TORAYCA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，东丽公司公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。波音公司计划进步787飞机的年产量，从2015年的10架进步到2016年的12架、2020年的14架;同时，大型模块的比率也将进步，这将极大地促进对碳纤维复合材料的需求。为保证波音787飞机月产量达12架后的材料供给，位于美国华盛顿州塔科马市的东丽复合材料(美国)公司已经于2016年1月完成扩产;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，设计年产量为2000t。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飞机和知足月产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”大型飞艇完成了其童贞航。这架飞艇是一种轻于空气的航天器，被设计用于实行侦察、监视、通讯、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醋织物做蒙皮，蒙皮内充满了带压氦气;其外形结构材料采用碳纤维复合材料，最大化地减轻了飞艇自身质量。在无人值守的情况下，该飞艇在空中一次最长可漂浮5d。