Grafeeni on materiaali, joka koostuu heksagonaaliseksi (hunajakennomaiseksi) rakenteeksi järjestyneistä hiiliatomeista; se on kaksiulotteinen vain yhden atomin (n. 0.34 nm) paksuinen materiaali.
Grafeeni on grafiitin hyvin paljon ohuempi muoto; grafiitti muodostuu päällekkäisistä grafeenikerroksista. Korkealaatuinen grafeeni on vahvaa, kevyttä ja lähes läpinäkyvää ja sen lämmön- ja sähkönjohtavuus on erinomaista.