Grafen je materiál vytvořený z atomů uhlíku uspořádaných v šestihranné struktuře; je to dvourozměrný materiál silný pouze jeden atom (asi 0,34 nm).
Grafen je mnohem tenčí forma grafitu; grafit je tvořen postupnými vrstvami grafenu. Kvalitní grafen je silný, lehký, téměř průhledný a vynikající vodič tepla a elektřiny.