从结构上看，碳素纸由基层和涂层两部分组成。基层通常为薄型纸张或高分子薄膜，起到支撑作用；涂层则是其核心，由碳素粉末或其他色素、粘结剂及少量助剂混合而成。涂层的均匀性直接决定复制效果——优质碳素纸的涂层细腻平整，能确保转移的迹清晰、线条连贯，避免出现模糊或断线。
其工作原理基于“压力触发转移”：当笔尖、绘图笔或机器压力作用于碳素纸表层时，涂层中的色素颗粒会因压力被剥离基层，粘附到下方叠放的普通纸张表面，形成与原件全一致的复制品。这种过程需墨水，仅依靠物理接触即可成，操作便捷且即时性强。
在实际应用中，碳素纸的价值体现在多个领域。工程领域曾长期依赖它进行蓝图复制：设计师在绘图纸上绘制原图，下方垫入碳素纸和描图纸，通过绘图笔的压力将线条转移到描图纸上，形成可直接用于施工的蓝图底图。办公场景中，它也常用于合同、票据的复写，尤其在缺乏复印设备的年代，碳素纸是高效复制的关键工具。此外，在艺术创作中，部分拓印工艺会使用碳素纸实现图案的精准转移，确保原作细节的整保留。
碳素纸的显著特点在于“零耗材复制”和“持久留存”。它需墨盒、色带等耗材，仅需施压即可成复制，降低使用成本；同时，转移后的色素稳定性强，不易因受潮、摩擦而褪色，适合长期存档。不过，随着数化办公的普及，碳素纸的使用场景有所缩减，但在对复制品原始性较高的领域如档案管理、历史文献复制，其仍占有一席之地。