1 載荷
　 　 結構中的材料主要承受以下四種載荷：拉伸，壓縮，剪切和彎曲。

1.1 拉伸
　 　 圖1給出了施加在復合材料上的拉伸載荷，復合材料在拉伸作用下的變形基本取決于增強纖維的拉伸強度和模量，這些性能遠高于樹脂體系本身的性能。

2 壓縮
　 　 圖2顯示了復合材料承受壓縮載荷時的狀況。樹脂在復合材料中的作用是保證纖維垂直排列并且防止纖維彎曲，纖維和樹脂粘結以及樹脂的模量對壓縮強度有至關重要的影響。

1.3 剪切
　 　 圖3顯示了復合材料承受剪切載荷時的狀況，剪切載荷會讓纖維層間發生滑動，此時，樹脂在復合材料內傳遞載荷，為主要影響因素。樹脂具有良好的機械性能并且與增強纖維有良好的結合，才能保證復合材料具有較高的剪切性能。多層復合材料的這一性能常用層間剪切強度進行表征。

1.4 彎曲
　 　 彎曲載荷結合了拉伸、壓縮和剪切等作用力。如圖4所示，上表面受到的是壓縮，下表面受到的拉伸，中間部分則承受剪切作用。

2 應力或應變
　 　 多層復合材料的強度定義為：材料完全失效時所能承受的載荷。這里的完全失效指的是樹脂和增強纖維均完全斷裂。
　 　 然而，在達到失效強度前的某一應力水平下，樹脂將開始從那些不沿載荷方向分布的纖維上剝離斷裂，裂紋進而擴展至全部樹脂基體，即所謂的“橫向裂紋”。雖然在此應力水平材料不會完全失效，但斷裂已經發生；設計時需要注意：如果希望延長結構壽命，在正常服役載荷下多層復合材料的應力不能超過此應力水平。

　 　 多層復合材料在出現微裂紋前的應變，很大程度上依賴于樹脂體系的韌性以及與纖維的結合性能。對于很脆的樹脂體系，如聚酯，微裂紋遠在復合材料未失效前就開始出現，嚴重制約了材料的應變。例如，測試顯示，玻璃纖維方格布增強聚酯復合材料的微裂紋在應變為0.2%時出現，最終失效應變卻高于2.0%，亦即該材料的有效強度僅為極限強度的10%。
　 　 盡管多層復合材料的極限拉伸強度取決于纖維強度，樹脂中的微裂紋也不會使材料性能立即下降，但是在惡劣的現實環境中，如果遇到水或潮濕的空氣，存在微裂紋的復合材料容易吸收更多的水，這樣不僅增加結構重量，而且濕氣會破壞樹脂和纖維膠粘劑的結構，使其剛度下降，最終隨著時間的推移，結構完全失效。
　 　 通常樹脂的化學性能和它與纖維表面膠粘劑的相容性決定了纖維/樹脂的結合強度。環氧樹脂具有優異的粘結性能，這已得到大家的認可，這種性能有助于多層復合材料獲得更高的微裂紋應變。樹脂的韌性比較難以測定，但可以用最終失效應變進行表征。圖6比較了不同樹脂的應力應變曲線。 　 　 需要注意的是，當復合材料承受拉伸載荷時，為了提高結構件的整體力學性能，樹脂的變形量至少與纖維相當。圖7給出了各種纖維自身的失效應變（非處于復合材料中），從中可以看出，S-玻纖的斷裂伸長率為5.3%，因此需要與斷裂伸長率接近的樹脂搭配才能獲得最高的拉伸性能。
3 纖維方向
　 　 纖維在復合材料中的分布很難實現完美排列，紡織纖維布容易導致纖維彎曲，使纖維束與載荷方向不一致。即使是非機織的縫合布，纖維束在縫合線附近也會出現彎曲。
纖維束排列方向偏移將導致力學性能嚴重下降，特別是壓縮性能，因為纖維束彎曲增加了材料屈曲的幾率。

4 抗疲勞性能
　 　 與大多數金屬材料相比，復合材料表現出了更優異的抗疲勞性能。考慮到疲勞失效是微量損傷的不斷累積，任何復合材料的疲勞行為都受到以下因素的影響：樹脂韌性，抗微裂紋能力，空隙率和制造過程中引入的其他缺陷。所以，環氧樹脂基多層復合材料往往比聚酯和乙烯基酯的抗疲勞性能更卓越，這也是環氧樹脂被應用于航天飛機結構的重要原因之一。