Aufgrund der starken Bindungen und des ununterbrochenen Musters zwischen den Kohlenstoffatomen gilt Graphen als das derzeit stärkste Material. Da die Ladungsträger in Graphen eine geringe effektive Masse haben, besitzen sie attraktive elektrische und thermische Eigenschaften für elektronische Geräte. Zu den elektrischen Eigenschaften gehören optische Transparenz, hohe Stromtragfähigkeit und hohe Ladungsträgerbeweglichkeit oder -geschwindigkeit. Zu den thermischen Eigenschaften gehören eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine hohe mechanische Festigkeit. Graphen leitet Strom, wobei sich die Elektronen wesentlich schneller bewegen als bei Silizium und weniger Unterbrechungen auftreten. Es ist auch ein hervorragender Wärmeleiter und leitet unabhängig von der vorhandenen Temperatur. Die zweidimensionale Struktur von Graphen verbessert die für Transistoren erforderliche Elektrostatik. Gemessen am Gewicht ist Graphen stärker als Stahl.
Die beiden wichtigsten Verfahren zur Herstellung von Graphen sind die mechanische Exfoliation aus massivem Graphit und die Graphitisierung von epitaktisch gewachsenen SiC-Kristallen. Bei der ersten Methode wird der geschichtete Graphit abgeschält; sie ist einfach und ermöglicht die Herstellung einzelner Graphenschichten. Bei der zweiten Methode werden SiC-Kristalle Temperaturen von über 1.300 °C ausgesetzt, was zur Verdampfung der weniger fest gebundenen Siliziumatome von der Oberfläche führt.
Graphen wird für eine Vielzahl von Anwendungen und in verschiedenen Bereichen in Betracht gezogen. Graphen wird verwendet, um die Kapazität und die Ladegeschwindigkeit von Batterien zu erhöhen. Außerdem kann es indirekt dazu beitragen, die Lebensdauer von Batterien zu verlängern. Graphen wird an viele aktuelle und geplante Anwendungen für Kohlenstoffnanoröhren angepasst. Da weniger Lichtenergie benötigt wird, damit sich die Elektronen zwischen den Schichten bewegen können, wird Graphen für den Einsatz in Solarzellen erforscht. Es wird auch für den Einsatz in Technologien wie Transistoren und transparenten Bildschirmen in Betracht gezogen.