長期以來，石墨烯一直被認為是一種假設性的結構，無法單獨存在。2004年，英國物理學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，通過特殊方法從石墨中剝離石墨片，成功制備出僅由一層碳原子構成的石墨烯片，從此世界上誕生了一種擁有“無數世界之最”的神奇材料。這一突破性成果，不僅證實了石墨烯可以單獨存在，而且破除了其無法制造的“定論”。
石墨烯如同是一個“多面嬌娃”，具有一般材料所不具備的眾多優異性能，它占據著太多的世界“之最”。它的理論厚度0.34納米，僅為頭發絲的20萬分之一，是目前世界上最薄的材料，1毫米的石墨薄片，居然能剝離出多達150萬片石墨烯；它又是目前世界上最輕便的材料，1克石墨烯可以覆蓋一個足球場；它的強度為鋼的200倍、鉆石的數倍，如果把一片像食品保鮮膜一樣厚度的石墨烯覆蓋在一只杯子上，想用一支鉛筆戳穿它，需要一頭大象的重量壓在鉛筆上。
在石墨烯內，碳原子就像細鐵絲網圍欄一樣排列，這種結構也使得它十分柔韌，即便大角度彎曲也不會斷裂，因此它是最柔韌的材料。石墨烯是目前世界上已知的強度最高的材料，可用于超輕質飛機、紅外導引頭、激光武器、光電探測裝備、超輕便防彈衣等研發應用，在軍事航天、軍用能源、軍用發動機、海水淡化、裝甲防護、極高頻衛星通信系統等方面具有廣闊的應用前景。
石墨烯誕生于石墨，儲量豐富、價格低廉，它獨特的二維晶體結構和諸多物理、化學、生物學等特性，使它呈現出廣闊的應用前景。
科研人員運用石墨烯的超大比表面積和優越導電特性，研制出多種基于石墨烯的儲能設備，突破了現有電池容量小、充電時間長的瓶頸。2011年11月，美國西北大學的研究團隊研發出一種采用石墨烯和硅材質的電動汽車電池，充電量比以前增加了10倍，充電15分鐘可以實現約一周的續航能力。伴隨石墨烯衍生技術的迅猛發展，由其制造出的超高頻率晶體管以及柔性觸摸屏等產品廣受歡迎，前者可用于支撐起更加安全隱蔽的極高頻軍用衛星通信系統，后者則能夠像衣服一樣柔軟地穿戴在身上。
石墨烯問世以來，其理論研究與應用開發不斷取得進展，下游應用領域巨大的行業需求更為整個石墨烯產業鏈提供了充足的發展空間。
然而，石墨烯與其它新生事物一樣，其技術研發和產業化也不可能一帆風順。受限于制備技術與工藝，那些依賴于高純度石墨烯的產品，可能需要幾年甚至數十年才能開發出來。因為，這一“神奇”材料仍有許多未能克服的技術困難，比如石墨烯的規模化制備、大尺寸石墨烯的工藝創新、石墨烯復合材料的加工等等。只有真正攻克這些技術難關，才能發揮出石墨烯材料的更大潛能，為世界帶來更多驚奇。
