Grafen er et materiale dannet af kulstofatomer arrangeret i en heksagonal (vaffelmønstret) struktur; det er et to-dimensionelt materiale, der kun er et atom tykt (omkring 0,34 nm).
Grafen er en meget tyndere form for grafit; grafit er dannet af sekventielle grafenlag. Grafen af høj kvalitet er stærk, lys, næsten transparent og en fremragende leder af varme og elektricitet.