Grafeen on süsiniku aatomitest moodustunud, kuusnurkse (kärje moodi) struktuuriga ainult ühe aatomi paksune (umbes 0,34 nm) kahemõõtmeline materjal.
Grafeen on grafiidi märksa õhem vorm. Grafiidi moodustavad järjestikused grafeeni kihid. Kvaliteetne grafeen on tugev, kerge, peaaegu läbipaistev ning suurepärane soojus- ja elektrijuht.