Il grafene è un materiale costituito da uno strato monoatomico di atomi di carbonio (avente cioè uno spessore equivalente alle dimensioni di un solo atomo, ovvero 0,35 nm, o 3,5 angstrom).

Il grafene è essenzialmente un piano isolato di grafite dello spessore di un atomo. Pertanto, da questo punto di vista, il grafene è stato conosciuto solo dopo l'invenzione della cristallografia a raggi X. Nel 2004 i fisici dell'University of Manchester e L'Istituto per la Tecnologia Microelettronica di Chernogolovka, Russia, hanno trovato un modo per isolare i singoli piani di grafene usando del nastro adesivo e hanno anche misurato le proprietà elettroniche dei campioni ottenuti dimostrandone la loro eccellente qualità. Nel 2005 lo stesso gruppo di Manchester insieme con i ricercatori della Columbia University hanno dimostrato che le quasiparticelle in grafene sono fermioni di Dirac privi di massa . Queste scoperte hanno portato alla esplosione di interesse in grafene.