在燃料电池领域，纳米碳纤维膜可用作气体扩散层，相比于传统的碳纸，纳米碳纤维膜有数量更多、尺寸更小的孔隙，可以使反应气体和反应产物顺畅地通过，连续的柔性导电纤维网络既保证了良好的导电导热性能，又保证了与催化层和双极板的良好接触；用作燃料电池催化剂载体，纳米碳纤维膜相比于传统的Pt/C浆料催化层拥有更多的催化活性位点和三相界面，能实现更高的催化效率，连续的导电网络有助于获得更大的电流密度。