石墨烯是一种价带和导带之间有少量重叠的半金属(零带隙材料)。它是碳的同素异形体(形式),由排列成六方晶格的单层碳原子组成。它是许多其他碳同素异形体的基本结构元素,例如石墨、金刚石、木炭、碳纳米管和富勒烯。它可以被认为是无限大的芳香族分子,是扁平多环芳香烃家族的最终情况。石墨烯具有许多不常见的特性。它是迄今为止测试过的最坚固的材料,可以有效传导热量和电力,并且几乎是透明的。石墨烯表现出比石墨更大的非线性抗磁性,并且可以通过钕磁铁悬浮。