二维材料，是指电子仅可在两个维度的非纳米尺度（1-100nm）上自由运动（平面运动）的材料，如纳米薄膜、超晶格、量子阱。二维材料是伴随着2004年曼彻斯特大学Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯（graphene） 而提出的。

一维材料是指电子仅在一个非纳米尺度方向上自由运动（直线运动），如纳米线性结材料、量子线，最具代表的是碳纳米管（carbon nanotube）。

三维材料是指电子可以在三个非纳米尺度上自由运动，如纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒结构（纳米结构材料）。

二维材料的全名为二维原子晶体材料，是伴随着2004年曼彻斯特大学（University of Manchester）Geim 小组成功分离出单原子层的石墨材料——石墨烯（graphene） 而提出的。石墨烯突出的特点是单原子层厚，高载流子迁移率、线性能谱、强度高。无论是在理论研究还是应用领域，石墨烯都引起了极大的兴趣，A. K. Geim本人称之为“Gold Rush（淘金热）”。

后续又有一些其他的二维材料陆续被分离出来，如氮化硼（BN）、二硫化钼（MoS2）、二硫化钨（WS2）、二硒化钼（MoSe2）、二硒化钨（WSe2）、MXene材料。最近在凝聚态物理领域有着广泛的研究。

二维材料因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料展现出许多奇特的性质。其带隙可调的特性在场效应管、光电器件、热电器件等领域应用广泛；其自旋自由度和谷自由度的可控性在自旋电子学和谷电子学领域引起深入研究；不同的二维材料由于晶体结构的特殊性质导致了不同的电学特性或光学特性的各向异性，包括拉曼光谱、光致发光光谱、二阶谐波谱、光吸收谱、热导率、电导率等性质的各向异性，在偏振光电器件、偏振热电器件、仿生器件、偏振光探测等领域具有很大的发展潜力。