碳纤维复合材料主要在导弹弹头、弹体、发动机壳体以及卫星的主承力件上应用，如美国三叉戟-2导弹、战斧式巡航导弹、大力神-4火箭、法国的阿里安-2火箭改型、日本的M-5火箭等发动机壳体，其中使用量大的是美国赫克里斯公司生产的抗拉强度为5.3GPa的IM-7碳纤维，性能高的是东丽T-800纤维，抗拉强度5.65Gpa、杨氏模量300GPa。并且碳/碳和碳/酚醛复合材料还是弹头端头和发动机喷管喉衬及耐烧蚀部件的重要防热材料。
俄罗斯多功能洲际弹道导弹SS-27型“白杨-M"，射程在10000公里以上，采用空间小动量火箭技术，攻击力极强。而且俄罗斯海上导弹系统中的佼佼者是“圆锤”(布拉比)型潜艇发射导弹，该导弹发射机动性好，同时拥有海基和陆基两种打击版本，可以突破敌方导弹防御系统，有效摧毁任何地方的敌方日标。其与“白杨-M”型导弹一起，共同构成俄罗斯2040年前核防备力量核心，它们的发动机喷管及大面积防热层均使用粘胶基碳纤维增强的酚醛复合材料。
我国各类战略和战术导弹上也大量采用碳纤维复合材料作为发动机喷管、整流罩防热材料。碳纤维与芳纶相比，刚度和强度可以提高80%和30%，壳体重量再一次下降30%，另外碳纤维壳体热膨胀系数小，发动机工作期间尺寸稳定，可以提高发动机工作可靠性，碳纤维还具备一定雷达吸波能力，可以提高导弹隐身性能，有助于增强导弹突防能力。
