我們至今關于石墨烯化學知道的是：類似石墨外表，石墨烯能夠吸附和脫附各種原子和分子。從外表化學的視點來看，石墨烯的性質類似于石墨，可利用石墨來估測石墨烯的性質。石墨烯化學可能有許多潛在的使用，然而要石墨烯的化學性質得到廣泛關注有一個不得不克服的妨礙：缺少適用于傳統化學辦法的樣品。這一點未得到解決，研討石墨烯化學將面臨重重困難。
    1、氧化性，與活潑金屬反響
       C + K = C8K
       相當于打開部分雙鍵
    2、加成反響，也是打開部分雙鍵
    3、還原性，可被氧化性酸氧化
       4HNO3 + C = 4NO2 + CO2 + 2H2O
       通過該辦法能夠將石墨烯裁成小碎片。
    4、在空氣中高溫被氧化
       C + O2 = CO 或CO2
    石墨烯的化學性質不安穩
    單質碳的物理和化學性質取決于它的晶體結構，外觀、密度、熔點等各自不同，常溫下單質碳的化學性質比較安穩，不溶于水、稀酸、稀堿和有機溶劑，這里說化學性質，也便是不容易產生化學反響，就要看它的同素異形體了，比如金剛石的熔點超越3500℃，這就不容易產生化學反響了。
    石墨烯的碳原子擺放與石墨的單原子層相同，是碳原子以sp2混成軌域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)擺放構成的單層二維晶體。石墨烯可想像為由碳原子和其共價鍵所構成的原子尺寸網。石墨烯的命名來自英文的graphite(石墨) + -ene(烯類結束)。石墨烯被認為是平面多環芳香烴原子晶體。
    石墨烯的結構非常安穩，碳碳鍵（carbon-carbon bond）僅為1.42?。石墨烯內部的碳原子之間的銜接很柔韌，當施加外力于石墨烯時，碳原子面會曲折變形，使得碳原子不用重新擺放來習慣外力，然后保持結構安穩。這種安穩的晶格結構使石墨烯具有優秀的導熱性。另外，石墨烯中的電子在軌道中移動時，不會因晶格缺陷或引入外來原子而產生散射。由于原子間作用力非常強，在常溫下，即便周圍碳原子產生擠撞，石墨烯內部電子遭到的干擾也非常小。
    石墨烯卷成圓桶形能夠用為碳納米管；另外石墨烯還被做成彈道晶體管（ballistic transistor）而且吸引了大批科學家的愛好 。在2006年3月，佐治亞理工學院研討員宣布, 他們成功地制造了石墨烯平面場效應晶體管，并觀測到了量子干與效應，并基于此結果，研討出以石墨烯為基材的電路。