炭黑粒徑是指構成炭黑聚集體的粒子的尺寸，通常用平均粒徑來表示。炭黑粒子的大小是決定炭黑特性的重要因素，粒子越小，補強性越好。炭黑粒徑範圍通常在8nm到500nm之間，不同類型的炭黑粒徑分布如下：
N系列炭黑的平均粒徑在40nm到200nm之間。
F系列炭黑的平均粒徑在20nm到80nm之間。
S系列炭黑的平均粒徑在10nm到30nm之間。
炭黑的粒徑分布對其在各個套用領域中的性能有顯著影響，例如，在輪胎中常用的F系列炭黑，而在高牆油漆和瀝青中則使用S系列炭黑，因為其較小的粒徑提供更大的表面積和更好的分散性。測定炭黑粒徑的方法包括電子顯微鏡法和氮吸附法，其中電子顯微鏡法通過製備樣品後直接觀察炭黑粒子的圖像來測定粒徑，而氮吸附法則是通過測定炭黑的比表面積來間接計算粒徑。