但是石墨烯并不像传统石墨那样拥有三维晶体结构，它是二维的，这就导致石墨烯的厚度只有一个原子尺度大小。碳原子排列类似蜂窝状，从而形成“二维”六方晶格，看起来就和铁丝网一样。
也正是由于这种结构，造就每个碳原子和周围三个碳原子形成极其稳定的共价键。共价键的强度也决定了石墨烯材料的强度。并且稳定的共价键也并不会过多干扰电子从中通过，所以石墨烯的导电和导热性能也就变得十分强。
事实上，石墨烯诞生之初，产量极其稀有，其中最主要的问题就是一旦提高生产规模，就会导致石墨烯质量的下降。
本质原因还是成本控制问题，比如以导电性同样优异的硅树脂来说，其生产成本更低，导电性也同样优异，如果要用石墨烯取代硅树脂，那只有生产成本不高于硅树脂才有利可图。况且石墨烯在导电性上和硅树脂并没有数量级上的优势。
目前制备石墨烯最常用的方式是化学气相沉积法，这种方式就是通过高温反应室生产大量含碳气体，然后将这些碳原子沉积到铜或镍金属基板上，形成石墨烯覆层，然后通过侵蚀法剥离金属，使石墨烯材料附着到更易存储的基板上。
但是这种方式需要大量的能量，并且需要用到具有毒副作用的原料。成本和环保问题也导致这种方式很难被推广开来。
事实上，生产石墨烯的方式很多，比如撕胶带法，这是最简单最原始的机械剥离法，但这种方式对外界环境要求极高，不然就容易掺入杂质，另外这种方式效率实在太低，目前仅用于实验原材料生产阶段。
其他方式还有碳化硅表面外延生长法，金属表面生成法，氧化减薄石墨片法等等。但这些方式无一例外都需要使用大量能源加热原材料，能量投入极大，投入产出比并不适合商业化。
