石墨烯具有優異的光學、電學和力學性能，在材料科學、微納加工、能源、生物醫學和藥物輸送等領域具有重要的應用前景，被認為是未來的革命性材料。
石墨烯是已知強度最高的材料之壹。同時韌性好，可以彎曲。石墨烯的理論楊氏模量達到1.0 TPA，固有拉伸強度為1.30 GPA。氫等離子體改性的還原石墨烯也有非常好的強度，平均模量可以達到0.25TPa？
石墨烯片組成的石墨紙有很多孔，所以很脆。而功能化的石墨烯是通過氧化得到的，然後功能化的石墨烯做成的石墨紙會異常的結實堅韌。
光學特性:
石墨烯具有非常好的光學特性，在很寬的波長範圍內吸收率約為2.3%，看起來幾乎是透明的。在幾層石墨烯厚度範圍內，每層厚度增加，吸收率增加2.3%。大面積石墨烯薄膜也具有優異的光學性能，其光學性能隨著石墨烯厚度的變化而變化。
這是單層石墨烯不尋常的低能電子結構。在室溫下，對雙柵雙層石墨烯場效應晶體管施加電壓，石墨烯的帶隙可以從0到0~0.25eV進行調節。當施加磁場時，石墨烯納米帶的光學響應可以調諧到太赫茲範圍。