在碳纖維的生長過程中，碳原子在催化劑顆粒中存在著濃度差，與氣相接觸的面(即固氣接觸面)上的碳原子的濃度相對較大，而另一面(即固碳接觸面)上及附近碳原子的濃度相對較小。該濃度差的存在為碳原子的擴散提供了主要動力。同時催化劑顆粒中存在的溫度梯度也為碳原子在催化劑中的擴散提供了力量源泉。一般而言，當物體內部存在溫度梯度時，物質總是由溫度高的地方向溫度低的地方擴散。在利用化學氣相沉積法合成碳纖維管時，由于碳氫化合物的裂解反應主要為放熱反應，而固態碳的析出為吸熱反應，因此催化劑與碳氫化合物接觸的一面由于碳氫化合物的裂解而溫度上升，而另一面則溫度下降，從而導致催化劑內部溫度梯度的產生。該溫度梯度的存在可以加速碳纖維等材料的生長。

     在利用化學氣相沉積法合成碳纖維管的過程中，碳纖維管的形成可以分為碳纖維管的核化和生長兩個階段。首先在高溫條件下，由于微波等離子體的作用，甲烷裂解獲得的碳原子滲透進入并溶解于催化劑顆粒中。一定時間后，碳在其中處于過飽和狀態而開始在催化劑某個方向的外表面上析出而形成石墨層，此時完成碳纖維管的核化過程。隨后，氣相中裂解產生的碳原子源源不斷地從另一個面上滲入并向附有石墨層的一面擴散，從而促進碳纖維管生長。