导电性好：石墨烯同金属一样属于的导电体，而不像其它碳材料那样为半导体。石墨烯的电阻率只有约10-6Ω·cm，比金属铜或银更低，为目前世上电阻率最小的材料。
高导热性：石墨烯的导热系数高达5300W/m·K，高于碳纳米管和金刚石，是一种新型高导热材料。
导电奇快：石墨烯作为单质，在室温下传递电子的速度比已知任何导体都快。其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。
石墨烯最有潜力的应用是成为硅的替代品制造超微型晶体管，用来生产未来的超级计算机，用石墨烯取代硅计算机处理器的运行速度将会快数百倍。
阻隔性高：虽然石墨烯已薄到，但其分子排列非常紧密，即使原子尺寸最小的氦也无法穿透它，因而具有很好的阻隔性能。
超薄性能：石墨烯是至今发现的厚度最薄的材料，薄是因为石墨烯是由碳原子构成的二维晶体，厚度只有一个原子。石墨烯不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬。
磁性极强：石墨烯有强大的磁场力，通过将片状石墨烯变形为“纳米泡泡”，科学家通过观测电子的行为估算出它们在其中受到300特斯拉的磁场力，而这之前的所有试验测到的是85特斯拉。这一发现有助于了解石墨烯的光电磁性质。
强度甚高：石墨烯完美的晶格结构，堪称是人类已知强度的物质，具有超出钢铁数十倍的强度。同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20%。
高热稳定：石墨烯是由碳原子按六边形晶格整齐排布而成的碳单质，结构非常稳定，热稳定性很好。
完全透明：石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，具有极好的透光性。这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板等等。