گرافن یک لایه از اتم کربن است که در یک شبکه شش ضلعی مرتب شده و ماده اصلی سازنده گرافیت است. این ماده دو بعدی، متشکل از اتم‌­های کربن با هیبرید sp² با ساختار کریستالی با کیفیت بالاست.

استحکام بالا، رسانندگی الکتریکی، ظرفیت گرمایی بالا، رسانندگی گرمایی، نسبت سطح به حجم بالا، قدرت کاتالیستی بالا و انعطاف­‌پذیری بسیار زیاد.

خصوصیات منحصربه‌فرد گرافن از رفتار جمعی الکترون‌ها ناشی می‌شود. ماهیت دو بعدی گرافن و ساختار اتمی لانه‌ زنبوری آن باعث حرکت الکترون‌ها در ماده می‌شود به گونه‌ای که آن‌ها جرمی ندارند.  الکترون‌ها در گرافن با سرعت نوری مؤثر 300 برابر کمتر از سرعت نور در خلاء حرکت می‌کنند و اجازه می‌دهند بدون استفاده از شتاب‌دهنده ذرات، اثرات نسبی مشاهده شود.  

صنعت لاستیک‌سازی، صنعت داروسازی و پزشکی، مهندسی پزشکی، منسوجات، پوشش­‌های آنتی‌باکتریال، صنعت هوافضا و خودرو، صنعت آسفالت، سیستم‌های الکتریکی و الکترومکانیکی، سیستم‌های الکترونوری، صنعت کفش، فیلتراسیون، نگه‌داری یا تشخیص گازها، خنک‌کننده و …

گرافن بدلیل رسانایی بالا، نازکی و استحکام، به احتمال بسیار زیاد در آینده در حوزه مهندسی پزشکی کاربردهای بسیار خواهد یافت که موجب بهبود بخشیدن به حسگرهای زیستی و بیوسنسورها می‌شود.

با افزایش انحلال‌پذیری گرافن یا اکسیدگرافن با استفاده از پلیمرهای عامل­‌دار، از آن برای دارورسانی استفاده می‌شود. گرافن به‌عنوان حامل دارو هم‌زمان دارای عملکرد تشخیصی و درمانی است و می‌تواند برای ردیابی پیشرفت غدد بدخیم و همین‌طور برای درمان به‌کار رود.

استفاده از گرافن در صنعت لاستیک می‌تواند ویژگی‌های ذیل را برای لاستیک به همراه داشته باشد:

افزایش استحکام و سختی تایر، افزایش مقاومت تایر در برابر پنچر شدن، عملکرد بهتر لاستیک و افزایش طول عمر آن، کاهش مصرف سوخت، پخش شدن گرما در تایرها هنگام عبور از سراشیبی، افزایش عملکرد ترمز گیری در جاده‌های خیس و مرطوب، مقاومت حرارتی بالا، سبک و انعطاف‌پذیر بودن تایرها، کاهش نیروی گشتاور.

شرکت‌های Vittoria و Goodyear از گرافن در تولید محصولات خود استفاده می‌کنند.

الیاف و نخ‌های گرافن به دلیل حجم کوچک، انعطاف‌پذیری بالا و قابلیت بافت، به عنوان ابرخازن‌های نسل آینده برای تولید منسوجات پوشیدنی و قابل حمل نیز کاربرد دارند. پارچه‌­های تکمیل شده با گرافن را می‌­توان به صورت ذیل دسته­‌بندی کرد:

پارچه‌های عایق‌کننده حرارت، پارچه‌های رسانای الکتریکی، پارچه‌های ضد میکروب، پارچه‌های کند سوز، پارچه‌های ضد گلوله، پارچه‌های ضد آب

استفاده از این ماده در منسوجات ورزشی می‌تواند ویژگی‌های ذیل را به همراه داشته باشد:

• تنظیم حرارت بدن در حالت ایده‌آل در شرایط اقلیمی متفاوت، اتلاف حرارت در فصول گرم و توزیع همگن حرارت در فصول سرد
• خاصیت انتشار بار الکتریکی ساکن و ایجاد احساس راحتی
• خشک شدن سریع پوشاک ناشی از هدایت حرارتی

شرکت Directa Plus از گرافن در تولید محصولات خود استفاده می‌کند.

گرافن باریک‌ترین ماده در جهان است بنابراین نسبت سطح به حجم آن بسیار بالاست. این خصوصیت باعث می­‌شود گرافن به عنوان ماده‌­ای بسیار امیدوارکننده برای استفاده در باتری‌­ها و ابرخازن‌­ها شناخته شود، به طوری که امکان ذخیره انرژی بیشتر و شارژ-دشارژ سریعتر را برای آن‌ها فراهم می­‌کند. برخی از امتیازات باتری­‌های گرافنی ساخته شده عبارتند از:  ظرفیت بیشتر، شارژ سریعتر، وزن کمتر، انعطاف‌پذیری بیشتر و امکان کار کردن در ناحیه دمایی وسیع تر.

عامل‌­دار کردن کوالانسی، عامل‌­دار کردن غیر کوالانسی و دوپینگ عنصری