Koltrefjar eru sérhæfð tegund trefja sem samanstendur aðallega af kolefnisþáttum; Kolefnisinnihald þess er breytilegt eftir tiltekinni gerð, yfirleitt yfir 90%. Koltrefjar búa yfir einkennandi eiginleikum dæmigerðra kolefnis-undirstaða-eins og há-hitaþol, slitþol, rafleiðni, hitaleiðni og tæringarþol. Hins vegar, ólíkt venjulegum kolefnisefnum, sýnir það sérstaka anisotropy í eðlisfræðilegu formi; það er sveigjanlegt, hægt að vinna það í ýmsar efnisbyggingar og sýnir einstaklega mikinn togstyrk í átt að trefjaásnum. Ennfremur hafa koltrefjar lágan eðlisþyngd, sem leiðir til ótrúlega mikillar sérstyrks.
Koltrefjar eru framleiddar úr tilbúnum efnatrefjum sem hafa hátt kolefnisinnihald og bráðna ekki við varmavinnslu. Þessar forvera trefjar gangast undir röð framleiðsluferla, þar á meðal varmastöðugleika (oxun), kolsýringu og grafitgerð.
Koltrefjar eru nýtt efni sem einkennist af framúrskarandi vélrænni eiginleikum. Eðlisþyngd þess er minna en einn-fjórðungur þess sem er í stáli.
Koltrefja-styrkt fjölliða (CFRP) samsett efni sýna venjulega togstyrk sem er yfir 3500 MPa-sjö til níu sinnum meiri en stál-og togteygjustuðull á bilinu 23.000 til 43.000 MPa, sem er einnig hærri en stál. Þar af leiðandi getur sérstakur styrkur CFRP-skilgreint sem hlutfall styrks efnis og þéttleika þess- farið yfir 2000 MPa/(g/cm³), en sérstakur styrkur A3 stáls er aðeins um 59 MPa/(g/cm³); á sama hátt er sérstakur stuðull þess einnig hærri en stál.
