카본 프레임(탄소섬유)은 고급 자전거에 많이 쓰이는 소재로, 매우 가벼우면서도 강성이 뛰어난 것이 가장 큰 장점이다. 설계에 따라 강성과 유연성을 원하는 방향으로 조절할 수 있어, 힘 전달 효율과 승차감을 동시에 잡을 수 있다. 또한 진동 흡수 능력이 좋아 장거리 라이딩에서도 피로도가 비교적 적고, 공기역학적 형태로 제작하기에도 유리하다.반면 단점으로는 가격이 비싸고, 강한 충격을 받을 경우 내부 손상이 눈에 잘 보이지 않아 안전 문제가 생길 수 있다는 점이 있다. 또한 수리가 까다롭고 비용이 높으며, 알루미늄보다 관리에 더 신경 써야 한다.
