El grafeno es una sustancia formada por carbono puro, con átomos dispuestos en un patrón regular hexagonal similar al grafito, pero en una hoja de un átomo de espesor. Es muy ligero, una lámina de 1 metro cuadrado pesa tan sólo 0,77 miligramos. Tiene una forma hexagonal, como panal de abeja, formado por átomos de carbono y enlaces covalentes que se generan a partir de la superposición de los híbridos sp2 de los carbonos enlazados, esto explica su forma hexagonal con sus ángulos de enlace a 120º.
El nombre viene del grafito, y se sustituye el sufijo <<ito>> por <<eno>>. En realidad, la estructura del grafito puede considerarse una pila de gran cantidad de láminas de grafeno superpuestas.

Algunas de las propiedades del grafeno son las siguientes:
- Es muy flexible
- Es transparente
- Autoenfriamiento (según algunos científicos de la Universidad de Illinois).
- Conductividad térmica y eléctrica altas.6
- Elasticidad y dureza elevadas.
- (Sobre todo) Muy alta dureza: 200 veces mayor que la del acero, casi igual a la del diamante.7
- Reacción química con otras sustancias para producir compuestos de diferentes propiedades. Esto lo dota de gran potencial de desarrollo.
- Soporte de radiación ionizante.
- Gran ligereza, como la fibra de carbono, pero más flexible.
- Menor efecto Joule: se calienta menos al conducir los electrones.
- Para una misma tarea que el silicio, menor consumo de electricidad.
- Generación de electricidad al ser alcanzado por la luz.8
- Razón Superficie/Volumen muy alto, lo que le atorga un buen futuro en el mercado de los supercondensadores.
- Se puede dopar introduciendo impurezas para cambiar su comportamiento primigenio de tal manera que se pueda hacer que no repela el agua o que incluso mejore todavía más la conductividad.
- Alcanza 300GHz.
- Cuando una lámina de grafeno recibe algún daño que quiebra su estructura produciendo un agujero consigue atraer átomos de carbono situados en las proximidades para así reparar los huecos (se autorepara).

Las propiedades del grafeno son ideales para utilizarlo como componente de circuitos integrados. Está dotado de alta movilidad de portadores, así como de bajo nivel de «ruido». Ello permite que se le utilice como canal en transistores de efecto campo.
Pero no toda la comunidad científica comparte este optimismo. El célebre físico holandés Walter de Heer afirma:
El grafeno nunca reemplazará al silicio. Nadie que conozca el mundillo puede decir esto seriamente. Simplemente, hará algunas cosas que el silicio no puede hacer. Es como con los barcos y los aviones. Los aviones nunca han reemplazado a los barcos.
Además, el grafeno carece de una banda de resistividad, propiedad esencial que le es inherente al silicio. Eso implica que el grafeno no puede dejar de conducir electricidad: no se puede apagar.

El problema principal que impide la explotación del grafeno es que la producción de grandes muestras es limitada. Recientemente, investigadores de la Universidad de Rice han conseguido sintetizar grafeno a partir del azúcar común a 800ºC siendo el grafeno resultante de alta calidad. Otra nueva técnica de fabricación es utilizar la oxidación del grafito obteniéndose un polvo llamado óxido de grafito, posteriormente se suspende en agua y se coloca en un limpiador ultrasónico. Los ultrasonidos separan las láminas oxidadas de grafeno y permiten la obtención de escamas de grafeno de 300 nm de espesor.

Y hay 17 compañías y universidades estadounidenses, 4 españolas, 3 alemanas, 1 rusa, 1 británica, 1 mejicana y 1 venezolana, estudiando el grafeno.