Grafén je materiál tvorený atómami uhlíka usporiadanými do šesťhranné štruktúry (ako včelí plást); je to dvojrozmerný materiál o sile jedného atómu (približne 0,34 nm).
Grafén je oveľa tenší ako grafit; grafit je tvorený sekvenčnými vrstvami grafénu. Vysoko kvalitný grafén je silný, ľahký, takmer priehľadný a vynikajúci vodič tepla a elektriny.