Для изучения механических свойств и определения механических характеристик волокон проводят по определенным методикам механические испытания, которые различаются типом деформации и режимом нагружения. Выбор метода испытаний определяется целями и типом исследуемых волокон. Для волокон наиболее важными механическими свойствами являются: модуль Юнга в направлении оси волокна, прочность, ползучесть, а также соответствующие удельные величины: характеристики, отнесенные к плотности волокна.

Модуль Юнга волокна определяется природой материала, кристаллографической ориентацией (для монокристаллических волокон) и текстурой поликристаллических волокон. Модуль Юнга углеволокна, например, изменяется в широких пределах (от 150 до 800 ГПа), в зависимости от ориентации графитовых плоскостей относительно оси волокна. Модуль Юнга практически не зависит от взаимодействия волокна и матрицы и определяется испытанием на отдельных волокнах по углу наклона кривой деформирования образца при растяжении либо по частоте собственных колебаний образца.

Прочность волокна (как правило, хрупкого) σ определяется дефектами его структуры и описывается вейбулловой статистикой, поэтому вероятность разрушения волокна длиной  равна

,

где  и  - константы, а  - параметр, связанный с константой . Первый момент этого распределения даёт среднюю прочность волокна длиной :

,

где ( · ) обозначает гамма-функцию. Стандартное отклонение D определяется через второй момент

.

Коэффициент вариации прочности  зависит только от величины β. Отношение величин средней прочности волокон с длинами  и  составляет

.

Эффективная прочность волокна в композите может существенно отличаться от прочности отдельных волокон, испытанных тем или иным способом. В связи с этим определять характеристики прочности волокон целесообразно путем испытаний специальным образом подготовленных образцов композитов.

Сопротивление ползучести волокна определяют на заданной временной базе (как правило, 10²–10⁵ ч) по фиксированной величине деформации ползучести (обычно 0,5–1%). Испытание на ползучесть отдельных волокон — длительный процесс, поэтому для оценки этой характеристики применяют упрощенные методы. К ним относится, например, измерение остаточной кривизны волокна, закрепленного на жестком цилиндре, в течение определенного времени при заданной температуре.