Op basis van het precursormateriaal kunnen koolstofvezels in drie categorieën worden ingedeeld: op polyacrylonitril-gebaseerd (PAN-gebaseerd), op pek-gebaseerd en op rayon-gebaseerd. Hiervan heeft PAN-koolstofvezel een relatief eenvoudig productieproces en superieure prestatiekenmerken. Sinds de oprichting in de jaren zestig is deze sector geleidelijk uitgegroeid tot de dominante sector binnen de koolstofvezelindustrie, die ruim 90% van de totale mondiale productie voor zijn rekening neemt; bijgevolg verwijst de term "koolstofvezel" in het algemeen naar op PAN-gebaseerde koolstofvezels die momenteel worden gebruikt. Koolstofvezel op basis van pitch- impliceert een complexe voorbereiding van grondstoffen en vertoont lagere prestatie-eigenschappen; momenteel blijft de productieschaal relatief klein. Op rayon-gebaseerde koolstofvezel wordt gekenmerkt door lage carbonisatieopbrengsten, aanzienlijke technische uitdagingen, complexe apparatuurvereisten en hoge productiekosten; de output is beperkt en wordt voornamelijk gebruikt in ablatief-resistente en thermische isolatiematerialen.
Voorlopers van koolstofvezels kunnen ook worden geclassificeerd op basis van de kabelgrootte (dwz het aantal individuele filamenten dat zich in een enkele bundel bevindt). Dit wordt doorgaans aangegeven met een 'K-getal' (dat duizenden filamenten vertegenwoordigt)-zoals 1K, 3K, 12K, 24K, 48K, enzovoort. Hoe groter het aantal filamenten, hoe groter de kabelgrootte. Gebaseerd op het bereik van K-getallen, worden kabels variërend van 1K tot 24K over het algemeen geclassificeerd als 'kleine-kabelvezels, terwijl die bij 48K en hoger worden aangeduid als'grote-kabelvezels. Grote-kabelvezels zijn voornamelijk gericht op grootschalige,-kosteneffectieve-productietoepassingen.
