Grafen je jednou z forem uhlíku. Stejně jako diamanty a grafit mají jednotlivé formy (neboli "alotropy") uhlíku různou krystalovou strukturu, která jim propůjčuje různé vlastnosti. Grafen je základní 2D (dvourozměrná) forma řady 3D alotropů, jako je grafit, dřevěné uhlí, fulleren a uhlíkové nanotrubičky.
Termín grafen vznikl spojením slova grafit a přípony "-en" a jeho autorem je Hanns-Peter Boehm, který v roce 1962 popsal jednovrstvé uhlíkové fólie. Grafen má podobnou strukturu jako včelí plástev nebo "kuřecí drát", tvořenou atomy uhlíku a jejich vazbami. Grafit je mnoho grafenových listů poskládaných na sebe.
Tři miliony grafenových listů poskládaných na sebe a tvořících grafit by měly tloušťku pouhý jeden milimetr.
Nobelovu cenu za fyziku za rok 2010 získali sir Andre Geim a sir Konstantin Novoselov "za průlomové experimenty týkající se dvojrozměrného materiálu grafenu".
Mezi možné aplikace patří grafenové superkondenzátory.
