组织工程支架：纤维结构可模拟天然细胞外基质（ECM），为细胞提供附着和生长的三维环境，用于修复神经、血管、骨、皮肤等。
药物控释系统：将药物、生长因子等负载于纤维中，通过纤维降解实现药物的定向、缓释、长效治疗，提高药效并降低副作用。
伤口敷料：纳米纤维膜透气、隔菌并能吸收渗出液，为伤口创造最佳愈合环境。负载抗菌剂后可制成高端功能性敷料。
防护服：纤维膜孔隙率极高且孔径小，能有效阻隔病毒、细菌（如用于N95口罩高级滤层），同时允许水蒸气通过，实现“呼吸式”防护。

空气过滤：纳米纤维网络极大增加了与颗粒物的接触概率和吸附效应，过滤效率远超传统材料，用于工业防尘、汽车滤清、高端空气净化器。
水处理：用于制备超滤、纳滤膜，高效去除水中的微生物、油滴、重金属离子等污染物。

锂离子电池：用作隔膜，浸润性好、热稳定性高；碳纳米纤维可直接用作电极材料。
超级电容器：高比表面积的碳纳米纤维是理想的电极材料。
燃料电池：用作催化剂载体或质子交换膜。
太阳能电池：用于染料敏化太阳能电池（DSSCs）的光阳极，提高染料吸附和电子传输效率。

柔性传感器：碳纳米纤维 / 弹性体复合膜可检测微小压力和温度变化，用于电子皮肤。
显示器：量子点负载纳米纤维背光膜寿命达 6 万小时，色域提升至 116%（NTSC）。
可穿戴设备：银纳米颗粒导电纤维集成于衣物，实现运动健康实时监测。

巨大的比表面积使其对环境变化（气体、湿度、应力）极度敏感，可用于制备高灵敏度、快响应的化学传感器和物理传感器。

纳米纤维作为催化剂载体，提供高比表面积和丰富活性位点。