A szénszál általában az 1000-1500 fokra hőkezelt szálakat jelöli, míg a grafitszál a 2000-3000 fokra hevített szálakat jelöli. A „grafitszál” kifejezés nem azt jelenti, hogy a szál belső szerkezete teljes egészében grafitból áll; egyszerűen magasabb hőkezelési hőmérsékletet jelez. A szénszálat és a grafitszálat gyakran összefoglalóan szénszálnak nevezik. A grafitizálás kezdeti szakaszában a szálban lévő maradék nem--szénatomokat, például nitrogén- és hidrogénatomot tovább távolítják el, növelve az aromatizált szén mennyiségét a polimerben, és grafitszerű réteges szerkezetté alakítva. A szálon belüli rendezetlen grafitrétegek a grafitosítás során tovább konvergálnak, és grafitszerű kristályos állapotba kerülnek. Ekkor növekszik a kristályosság, nő a kristályos szén aránya, és nő a szál tengelye menti orientáció is. A hőmérséklet további emelésével nő a szál modulusa, csökken a szilárdság, csökken a szakadási nyúlás, és teljesen rideg anyaggá alakul.
A karbonizálás után a poliakrilnitril szál már viszonylag szabályos szerkezetű, így a grafitozási idő nagyon rövid, általában csak több tíz másodperc vagy néhány perc. Rendkívül magas hőmérsékleten a grafit és a szén gőznyomása nagyon magas. Ilyen körülmények között a szénszálak felületén lévő szén elpárologhat, csökkentve tömegüket és a szál felületén hibák keletkezhetnek, ezáltal csökken a szilárdságuk. A nyomás alatti grafitozás nagyszilárdságú grafitszálakat eredményez. A pásztázó elektronmikroszkópia jelentős különbségeket tár fel a nyomás alatt és nyomás nélkül nyert grafitszálak felületi morfológiájában. A normál nyomáson nyert grafitszálak felülete durvább, több üreggel és hibával. A nitrogén 2000 fok felett reagál a szénnel, ezért az argont gyakran használják hőhordozóként és védőgázként a szénszálak 2000 fok feletti grafitizálása során. A felhasznált nagy tisztaságú argongázt speciális kezelésnek kell alávetni, mielőtt belép a grafitozó kemencébe, hogy megakadályozzák nyomokban oxigén bejutását. Az oxigén nyomokban magas hőmérsékleten rendkívül káros a szálakra, és jelentősen lerövidítheti a grafit kemencecsövek élettartamát.
