Dankzij de sterke bindingen en het ononderbroken patroon tussen de koolstofatomen wordt grafeen beschouwd als het sterkste materiaal van dit ogenblik. Aangezien de ladingsdragers in grafeen een kleine effectieve massa hebben, hebben zij aantrekkelijke elektrische en thermische eigenschappen met betrekking tot elektronische apparaten. Tot de elektrische eigenschappen behoren optische doorzichtigheid, een hoog stroomvoerend vermogen en een hoge draaggolfmobiliteit of -snelheid. De thermische eigenschappen omvatten een hoge thermische geleidbaarheid en een hoge mechanische sterkte. Grafeen geleidt elektriciteit waarbij de elektronen aanzienlijk sneller bewegen dan bij silicium, met minder onderbrekingen. Het is ook een uitstekende warmtegeleider en geleidt onafhankelijk van de aanwezige temperatuur. De tweedimensionale structuur van grafeen verbetert de elektrostatica die nodig is voor transistors. In gewicht is grafeen sterker dan staal.
Mechanische exfoliatie uit bulkgrafiet en grafitisering van epitaxiaal gegroeide SiC-kristallen zijn de twee belangrijkste fabricagetechnieken die voor grafeen worden gebruikt. De eerste methode behelst het afpellen van de grafietlagen, is eenvoudig van aard en in staat om enkele grafeenlagen te produceren. Bij de tweede methode worden SiC-kristallen blootgesteld aan temperaturen van meer dan 1.300°C (2350°F), wat leidt tot de verdamping van minder vastzittende siliciumatomen aan het oppervlak.
Grafeen wordt gebruikt in een verscheidenheid van toepassingen en op verschillende gebieden. Grafeen wordt gebruikt voor het opvoeren van de capaciteit en de oplaadsnelheid van batterijen. Het kan ook helpen om de levensduur van batterijen indirect te verlengen. Grafeen wordt aangepast aan vele huidige en geplande toepassingen voor koolstofnanobuizen. Omdat er minder lichtenergie nodig is om elektronen tussen de lagen te laten bewegen, wordt grafeen onderzocht voor gebruik in zonnecellen. Ook wordt overwogen het te gebruiken in technologie zoals transistoren en transparante schermen.