石墨烯不僅是已知資料中最薄的一種，還十分結實堅固；作為單質，它在室溫下傳遞電子的速度比已知導體都快。2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·K·海姆(Andre K. Geim)等制備出了石墨烯。海姆和他的同事偶然中發現了一種簡單易行的新途徑。他們強行將石墨分離成較小的碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然后用一般的塑料膠帶粘住薄片的兩邊，扯開膠帶，薄片也隨之一分為二。不斷重復這一過程，就可以得到越來越薄的石墨薄片，而其中部分樣品僅由一層碳原子構成——他們制得了石墨烯。
    石墨烯的制備辦法石墨烯的組成辦法主要有兩種：機械辦法和化學辦法。機械辦法包含微機械分離法、取向附生法和加熱SiC的辦法；化學辦法是化學渙散法。
     微機械分離法 最一般的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。2004年Novoselovt等用這種辦法制備出了單層石墨烯，并可以在外界環境下穩定存在。典型制備辦法是用別的一種資料膨化或者引入缺陷的熱解石墨進行沖突，體相石墨的外表會發生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。
    但缺陷是此法是使用沖突石墨外表獲得的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片，其尺度不易控制，無法可靠地制作長度足供使用的石墨薄片樣本。 取向附生法—晶膜成長 取向附生法是使用成長基質原子結構“種”出石墨烯，首先讓碳原子在1150 ℃下滲入釕，然后冷卻，冷卻到850℃后,之前吸收的大量碳原子就會浮到釕外表，鏡片形狀的單層的碳原子“ 孤島” 布滿了整個基質外表，終究它們可長成完好的一層石墨烯。第一層掩蓋 8 0 ％后，第二層開端成長。底層的石墨烯會與釕發生激烈的交互作用，而第二層后就幾乎與釕徹底分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片體現令人滿意。
    但選用這種辦法出產的石墨烯薄片往往厚度不均勻，且石墨烯和基質之間的黏合會影 響碳層的特性。別的Peter W.Sutter 等使用的基質是稀有金屬釕。
    加熱 SiC法 該法是經過加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶(0001) 面上分解出石墨烯片層。詳細過程是：將經氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在高真空下經過電子轟擊加熱，除掉氧化物。用俄歇電子能譜確認外表的氧化物徹底被移除后，將樣品加熱使之溫度升高至1250~1450℃后恒溫1min~20min，從而形成極薄的石墨層，經過幾年的探索，Berger等人已經能可控地制備出單層或是多層石墨烯。 其厚度由加熱溫度決定，制備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。
    一條以商品化碳化硅顆粒為原料，經過高溫裂解規模制備高品質無支撐（Free standing）石墨烯資料的新途徑。經過對原料碳化硅粒子、裂解溫度、速率以及氣氛的控制，可以完成對石墨烯結構和尺度的調控。這是一種十分新穎、對完成石墨烯的實際使用十分重要的制備辦法。
    化學渙散法 化學渙散法是將氧化石墨與水以1mg/mL的 份額混合，用超聲波振動至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼在100℃回流24h ，發生黑色顆粒狀沉積，過濾、烘干即得石墨烯。Sasha Stankovich 等使用化學渙散法制得厚度為1 nm左右的石墨烯。