Le graphène est un matériau formé à partir d'atomes de carbone disposés en structure hexagonale (comme en nids d'abeille); c’est un matériau bidimensionnel d’une épaisseur d’un seul atome (environ 0,34 nm).
Le graphène est une forme beaucoup plus mince de graphite; le graphite est formé par des couches successives de graphène. Le graphène de haute qualité est solide, léger, presque transparent et un excellent conducteur de chaleur et d'électricité.