石墨烯纳米带是指大概宽度小于50 nm的石墨烯条带。其理论模型最初于1996年提出。

为了要赋予单层石墨烯某种电性，会按照特定样式切割石墨烯，形成石墨烯纳米带（Graphene nanoribbon）。切开的边缘形状可以分为锯齿形和扶手椅形。采用紧束缚近似模型做出的计算，预测锯齿形具有金属键性质，又预测扶手椅形具有金属键性质或半导体性质；到底是哪种性质，要依宽度而定。可是，近来根据密度泛函理论计算得到的结果，显示出扶手椅形具有半导体性质，其能隙与纳米带带宽成反比。实验结果确实地展示出，随着纳米带带宽减小，能隙会增大。但是，直至2009年, 尚没有任何测量能隙的实验试着辨识精确边缘结构。 通过施加外磁场，石墨烯奈米带的光学响应也可以调整至太赫兹频域。

石墨烯纳米带的结构具有高电导率、高热导率、低噪声，这些优良品质促使石墨烯纳米带成为集成电路互连材料的另一种选择，有可能替代铜金属。有些研究者试着用石墨烯纳米带来制成量子点，他们在纳米带的某些特定位置改变宽度，形成量子禁闭（quantum confinement）。

石墨烯纳米带的低维结构具有非常重要的光电性能：粒子数反转和宽带光增益。这些优良品质促使石墨烯纳米带放在微腔或纳米腔体中形成激光器和放大器。 根据2012年10月的一份研究表明有些研究者试着将石墨烯纳米带应用于光通信系统，发展石墨烯纳米激光器。

石墨烯的碳原子排列与石墨的单原子层相同，是碳原子以sp杂化轨道呈蜂巢晶格（honeycomb crystal lattice）排列构成的单层二维晶体。石墨烯可想像为由碳原子和其共价键所形成的原子网格。石墨烯的命名来自英文的graphite（石墨）+-ene（烯类结尾）。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。

石墨烯的结构非常稳定，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42Å。石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持结构稳定。这种稳定的晶格结构使石墨烯具有优秀的导热性。另外，石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯内部电子受到的干扰也非常小。

石墨烯是构成下列碳同素异形体的基本单元：石墨，木炭，碳纳米管和富勒烯。完美的石墨烯是二维的，它只包括六边形(等角六边形);如果有五边形和七边形存在，则会构成石墨烯的缺陷。12个五角形石墨烯会共同形成富勒烯。

石墨烯卷成圆桶形可以用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）并且吸引了大批科学家的兴趣。在2006年3月，佐治亚理工学院研究员宣布,他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干涉效应，并基于此结果，研究出以石墨烯为基材的电路.

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它是已知材料中最薄的一种，质料非常牢固坚硬，在室温状况，传递电子的速度比已知导体都快。石墨烯的原子尺寸结构非常特殊，必须用量子场论才能描绘。

石墨（Graphite），又称黑铅（Black Lead），是碳的一种同素异形体（碳的其他同素异形体有很多，为人熟悉的例如钻石）。作为最软的矿物之一，石墨不透明且触感油腻，颜色由铁黑到钢铁灰不等，形状可呈晶体状、薄片状、鳞状、条纹状、层状体，或散布在变质岩（由煤、碳质岩石或碳质沉积物，受到区域变质作用或是岩浆侵入作用形成）之中。化学性质不活泼，具有耐腐蚀性。