可以用电子显微镜等对石墨烯的厚度，形貌等进行观察、测试，主要有：AFM、HRTEM、Raman、SEM、SEAD、XRD等

石墨是由一层层蜂窝状有序排列的平面碳原子构成的。当把石墨片层剥成单层之后，这种只有一个单原子层的石墨薄片称为单碳层石墨烯。

将石墨的层状结构无限剥离，直到原子级厚度，该薄层碳材料的性质与原来的石墨有极大的不同（电子运动性质发生重大变化），该薄层碳材料取名石墨烯。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功地从石墨中剥离出石墨烯，并表征了它的性质，两人也因“在二维石墨烯材料的开创性实验”为由，共同获得2010年诺贝尔物理学奖。