炭素材料的熱學性質表示材料受熱后引起變化的關系，通常用熱導率、熱膨脹系數和抗熱震性來表征。

1. 熱導率

在固體材料中，熱傳導有兩種方式。一種是由自由電子流動而實現，多數金屬是屬于這一類。另一種是靠晶格原子的熱振動,非金屬包括炭素材料在內屬于晶格導熱體。晶格熱振動的原理是:在一定溫度下，晶體中原子的熱振動有一定振幅，一個原子振動就會對鄰近原子施加周期性作用力，如果鄰近原子處在較低溫度，振動振幅相應較小，相互作用的結果發生能量轉移，這樣就使熱量由熱端向冷端傳遞。炭素材料的導熱是靠晶格原子的熱振動傳熱的晶格導熱體。

炭素材料的熱導率有以下列特點:

石墨的熱導率呈現各向異性，因為在石墨晶體中晶格波主要沿晶格網平面傳遞的，而且在平面上還有π電子作用。

炭素材料的熱導率熱導率與石墨化度有密切關系，石墨化度愈高，則熱導率愈高。因為在常溫或低于常溫時，晶格波平均自由程與微晶尺寸成正比，而且炭素材料的晶格缺陷也對晶格波平均自由程有影響。盡管炭材料和石墨材料的比熱容相差不多，但熱導率可以相差幾倍至幾十倍。石墨材料是一種良好的導熱體,它的熱導率可與一些金屬媲美,但另一些炭素材料(如多孔炭、炭布、炭氈等)卻為高溫隔熱體。

2、熱膨脹系數

固體材料的長度隨溫度升高而增大的現象稱為熱膨脹或線膨脹。線膨脹系數直接影響著材料在高溫下的使用性能，線膨脹系數越大的產品受熱變形越大，開裂的可能性越大，熱處理成品率就越低。當炭素材料用于工作溫度高、變化幅度大，而要求材料尺寸無明顯變化的場合時,α值就成為重要的質量指標之一。炭素材料的線熱膨脹系數比金屬小得多，而且石墨化程度愈高，線熱膨脹系數愈小。炭素材料的線熱膨脹系數具有明顯的各向異性。

3、抗熱震性

炭和石墨制品在高溫下使用時能經受溫度的劇烈變化而不被破壞的性能，稱為抗熱震性，有時也稱耐急冷急熱性或熱穩定性。熱膨脹性質的存在是制品在溫度劇烈波動時破壞的根本原因，制品的表面由高溫急劇冷卻時，會因其收縮而產生張應力;反之，在制品表面經受急熱時則會因其膨脹而產生剪切應力。當溫度劇烈波動時，制品內部及表面產生了溫度差，因而也就產生了應力(內部及表面的膨脹和收縮不同所引起的)。當應力達到了制品的極限抗張強度或極限抗剪切強度時，制品也就產生了開裂，這是溫度急劇波動時制品遭受破壞的實質。