石墨烯是碳原子排列成蜂巢狀（六角形晶格）、厚度僅有1層原子的二維材料，於2004年被發現。兼具極高的電子遷移率、優異的熱傳導性、機械強度與透明性，作為「夢幻新材料」受到矚目。
電子遷移率可達矽的100倍以上，正研究應用於高速電晶體、高頻元件、透明電極與感測器。但由於沒有能隙，直接使用時無法將開關完全關斷，要做成邏輯元件需要下工夫。它與奈米碳管及其他2D材料同為次世代電子學的候選材料。
石墨烯由1層碳原子構成，厚度只有1個原子，卻比鋼鐵更強、比銅更導電，並兼具極高的熱傳導性與透明性。電子的行為彷彿沒有質量，遷移率據稱可達矽的100倍以上。
但石墨烯沒有能隙，直接使用時無法讓電晶體完全關斷，要做成邏輯元件，需要透過奈米帶化或雙層結構打開能隙等手法。一般認為短期內將先在透明電極、高頻元件、感測器、散熱材料、複合材料等方面實用化。