El grafeno es un material nanométrico bidimensional, consistente en una sola capa de átomos de carbono fuertemente cohesionados mediante enlaces que presentan hibridación sp2 y dispuestos en una superficie uniforme, ligeramente ondulada, con una estructura semejante a la de un panal de abejas por su configuración atómica hexagonal.
El grafeno es una de las formas alotrópicas del carbono, como lo son también el grafito y el diamante. Un milímetro de grafito contiene tres millones de capas de grafeno.