在預氧化的熱環境中，高取向聚丙烯腈原絲會發生物理收縮和構象增加，使其處於熱力學穩定狀態。這符合熵增原理。但不能讓它自由收縮，否則纖維會松散粉化，沒有強度。因此，拉伸是防止脫向的重要技術措施。化學反應必然導致化學收縮，合理適度的化學收縮是允許的，但也要應用張力牽伸來控制收縮程度。因此，施加張力牽伸是抑制物理收縮和控制化學收縮的有效措施，也是瓦特等人對制備高性能碳纖維的突出貢獻。也就是說，圖紙要從頭到尾貫穿預氧化過程。甚至在拉伸之後，原絲的取向度將從預氧化紗的約90%降低到約75%，並且去取向仍然存在。
第二，化學反應
預氧化過程中發生了各種化學反應，許多研究者對其進行了卓有成效的研究，並通過各種先進的表征手段計算出化學反應式。在這眾多的化學反應中，公認的主要反應是環化反應、氧化反應和脫氫反應，屬於放熱反應，放熱量高達3000~4000kJ/kg。前驅物的成分不同，測定方法和條件不同，報道的放熱量也大相徑庭。如何將這些釋放的熱量瞬間排出是預氧化爐設計的關鍵。如果反應熱不能瞬間排除，會造成纖維內蓄熱過熱，導致單絲間熱融合，冒黑煙，甚至起火。
第三，結構轉型
經過分子內環化和分子間交聯，PAN的線性大分子鏈轉變為耐熱的梯形結構。經過幾代人的不懈研究，利用TG、DTG、DSC、XRD和XPS等手段，根據實驗數據提出了幾十種梯形化學結構。在預氧化過程中，纖維結構壹直在變化，直觀地反映在纖維顏色由白變黑、由淺變深。結構變化與顏色變化同步。