Grafen ma postać czarnego lub ciemnobrązowego proszku. Poza grafitem, diamentem i fulerenem stanowi alotropową odmianę węgla. Posiada strukturę dwuwymiarową zbudowaną z atomów 6C połączonych wiązaniami o hybrydyzacji sp². Jest dobrym przewodnikiem cieplnym i elektrycznym wytrzymałym na rozciąganie (130 GPa). Membrana z utlenionego grafenu nie przepuszcza gazów, a równocześnie jest całkowicie przenikalna dla wody. Nanorurki węglowe zrewolucjonizowały rozwój sprzętu w przemyśle elektronicznym i nanotechnologii - grafen stosowany jest m.in. do wytwarzania elastycznych wyświetlaczy dotykowych, produkcji modułów fotowoltaicznych oraz czujników.