Grafen to jedna z postaci czystego węgla. Atomy węgla mogą być ze sobą połączone na wiele różnych sposobów. Gdy mają trójwymiarową sieć krystaliczną, tworzą przezroczysty i bardzo trwały diament. Gdy jednak atomy węgla są połączone ze sobą na płaszczyźnie, tworzą strukturę niemal dwuwymiarową (o grubości zaledwie jednego atomu). To właśnie jest grafen. Jego maleńkie płatki, poukładane jeden na drugim i słabo ze sobą związane, tworzą grafit. Ten sam, który używany jest w zwykłych ołówkach. Z kolei zwinięta w rulon powierzchnia grafenowa tworzy tzw. nanorurkę, a ułożona w kulę pustą w środku – tzw. fulereny.