製備方法
石墨烯的合成方法主要有兩種：機械方法和化學方法。機械方法包括微機械分離法、取向附生法和加熱SiC的方法 ； 化學方法是化學還原法與化學解理法。
微機械分離法
最普通的是微機械分離法，直接將石墨烯薄片從較大的晶體上剪裁下來。2004年Novoselovt等用這種方法製備出了單層石墨烯，並可以在外界環境下穩定存在。典型製備方法是用另外一種材料膨化或者引入 缺陷的熱解石墨進行摩擦，體相石墨的表面會產生絮片狀的晶體，在這些絮片狀的晶體中含有單層的石墨烯。但缺點是此法是利用摩擦石墨表面獲得的薄片來篩選出單層的石墨烯薄片，其尺寸不易控制，無法可靠地製造長度足供套用的石墨薄片樣本。
取向附生法—晶膜生長
取向附生法是利用生長 基質原子結構“種”出石墨烯，首先讓碳原子在 1 1 5 0 ℃下滲入釕，然後冷卻，冷卻到850℃後,之前吸收的大量碳原子就會浮到釕表面，鏡片形狀的單層的碳原子“ 孤島” 布滿了整個基質表面，最終它們可長成完整的一層石墨烯。第一層復蓋 8 0 %後，第二層開始生長。底層的石墨烯會與釕產生強烈的互動作用，而第二層後就幾乎與釕完全分離，只剩下弱電耦合，得到的單層石墨烯薄片表現令人滿意。但採用這種方法生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。另外Peter W.Sutter 等使用的基質是稀有金屬釕。
加熱 SiC法
該法是通過加熱單晶6H-SiC脫除Si，在單晶(0001) 面上分解出石墨烯片層。具體過程是：將經氧氣或氫氣刻蝕處理得到的樣品在 高真空下通過電子轟擊加熱，除去氧化物。用 俄歇電子能譜確定表面的氧化物完全被移除後，將樣品加熱使之溫度升高至1250~1450℃後恆溫1min~20min，從而形成極薄的石墨層，經過幾年的探索，Berger等人已經能可控地製備出單層或是多層石墨烯。其厚度由加熱溫度決定，製備大面積具有單一厚度的石墨烯比較困難。
包信和等開發了一條以商品化碳化矽顆粒為原料，通過高溫裂解規模製備高品質無支持（Free standing）石墨烯材料的新途徑。通過對原料碳化矽粒子、裂解溫度、速率以及氣氛的控制，可以實現對石墨烯結構和尺寸的調控。這是一種非常新穎、對實現石墨烯的實際套用非常重要的製備方法。
化學還原法
化學還原法是將氧化石墨與水以1 mg/mL的 比例混合， 用超音波振盪至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼在1 0 0℃回流2 4 h ，產生黑色顆粒狀沉澱，過濾、烘乾即得石墨烯。Sasha Stankovich 等利用化學分散法製得厚度為1 nm左右的石墨烯。
化學解理法
化學解理法是將氧化石墨通過熱還原的方法製備石墨烯的方法，氧化石墨層間的含氧官能團在一定溫度下發生反應，迅速放出氣體，使得氧化石墨層被還原的同時解理開，得到石墨烯。這是一種重要的製備石墨烯的方法， 天津大學 楊全紅等用低溫化學解理氧化石墨的方法製備了高質量的石墨烯
榮獲諾貝爾獎
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2010年10月5日，英國曼徹斯特大學的兩位科學家 康斯坦丁·諾沃肖洛夫和 安德烈·海姆因在石墨烯方面的研究榮獲2010年諾貝爾物理學獎。
