กราฟีน คือ ชั้นของกราไฟต์ที่มีความหนาเท่ากับอะตอมเดี่ยวและมีพันธะโควาเลนต์ที่แข็งแกร่งระหว่างอะตอมของคาร์บอนแต่ละอะตอม อะตอมเหล่านี้ถูกจัดอยู่ในโครงสร้างรูปหกเหลี่ยมก่อตัวเป็นแผ่นกราฟีน ชั้นของกราฟีนมีทั้งแบบชั้นเดียวและหลายชั้น แต่ละแบบมีคุณสมบัติหลากหลายต่างกัน อาทิเช่น ความแข็งแกร่ง การนำไฟฟ้า ตรวจจับข้อมูล ป้องกันไฟฟ้าสถิตย์และความสามารถในการกรอง การนำแผ่นกราฟีนหลายแผ่นวางซ้อนกันหลายชั้น เรียกว่า กราไฟต์ โดยสรุป กราฟีนคือชั้นกราไฟต์อะตอมเดียว โดยหนึ่งมิลลิเมตรของกราไฟต์ประกอบด้วยกราฟีนสามล้านชั้น