我们至今关于石墨烯化学知道的是：类似石墨外表，石墨烯能够吸附和脱附各种原子和分子。从外表化学的视点来看，石墨烯的性质类似于石墨，可利用石墨来估测石墨烯的性质。石墨烯化学可能有许多潜在的使用，然而要石墨烯的化学性质得到广泛关注有一个不得不克服的妨碍：缺少适用于传统化学办法的样品。这一点未得到解决，研讨石墨烯化学将面临重重困难。
    1、氧化性，与活泼金属反响
       C + K = C8K
       相当于打开部分双键
    2、加成反响，也是打开部分双键
    3、还原性，可被氧化性酸氧化
       4HNO3 + C = 4NO2 + CO2 + 2H2O
       通过该办法能够将石墨烯裁成小碎片。
    4、在空气中高温被氧化
       C + O2 = CO 或CO2
    石墨烯的化学性质不安稳
    单质碳的物理和化学性质取决于它的晶体结构，外观、密度、熔点等各自不同，常温下单质碳的化学性质比较安稳，不溶于水、稀酸、稀碱和有机溶剂，这里说化学性质，也便是不容易产生化学反响，就要看它的同素异形体了，比如金刚石的熔点超越3500℃，这就不容易产生化学反响了。
    石墨烯的碳原子摆放与石墨的单原子层相同，是碳原子以sp2混成轨域呈蜂巢晶格(honeycomb crystal lattice)摆放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构成的原子尺寸网。石墨烯的命名来自英文的graphite(石墨) + -ene(烯类结束)。石墨烯被认为是平面多环芳香烃原子晶体。
    石墨烯的结构非常安稳，碳碳键（carbon-carbon bond）仅为1.42?。石墨烯内部的碳原子之间的衔接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会曲折变形，使得碳原子不用重新摆放来习惯外力，然后保持结构安稳。这种安稳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产生散射。由于原子间作用力非常强，在常温下，即便周围碳原子产生挤撞，石墨烯内部电子遭到的干扰也非常小。
    石墨烯卷成圆桶形能够用为碳纳米管；另外石墨烯还被做成弹道晶体管（ballistic transistor）而且吸引了大批科学家的爱好 。在2006年3月，佐治亚理工学院研讨员宣布, 他们成功地制造了石墨烯平面场效应晶体管，并观测到了量子干与效应，并基于此结果，研讨出以石墨烯为基材的电路。