迄今为止，科学家们已经发现了石墨烯很多优良的性质。科学研究往往需要对这些表现出来的性质进行解释，经验发现，结构决定性质，所以我们能够通过物质的结构来解释这些性质，进而还可以预测物质的性质。

先从我们可直接感受的性质来看，我们五官可直接感受的性质有颜色与强度。石墨是铁黑色的，但石墨烯并不是黑色，因为石墨烯很薄，所以它几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光。另一方面，它非常致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。

石墨烯的抗拉扯能力也非常出色，从我们的生活经验来看，越薄的东西越不结实，一块木板很结实，但从木板上刨下来的刨花却能够被轻松扯断，石墨烯的厚度不到刨花的一万分之一，然而石墨烯是目前已知强度最高的材料之一。或许这就是家族背景吧，在发现石墨烯之前，金刚石是目前在地球上发现的众多天然存在中最坚硬的物质 ，金刚石俗称"金刚钻"，也就是我们常说的钻石的原身 。那么石墨烯到底有多强韧呢？哥伦比亚大学的物理学家对石墨烯的机械特性进行了全面的研究。在试验过程中，他们选取了一些直径在10—20微米的石墨烯微粒作为研究对象。研究人员先是将这些石墨烯样品放在了一个表面被钻有小孔的晶体薄板上，这些孔的直径在1—1.5微米之间。之后，他们用金刚石制成的探针对这些放置在小孔上的石墨烯施加压力，以测试它们的承受能力。研究人员发现，在石墨烯样品微粒开始碎裂前，它们每100纳米距离上可承受的最大压力居然达到了大约2.9微牛（牛是牛顿的简称，1牛顿=1000000微牛，地球上1千克物质的重量约为9.8牛顿）。据科学家们测算，这一结果相当于要施加55牛顿的压力才能使1微米长的石墨烯断裂。如果物理学家们能制取出厚度相当于普通食品塑料包装袋的（厚度约100纳米）石墨烯，那么需要施加差不多两万牛的压力才能将其扯断。换句话说，如果用石墨烯制成包装袋，那么它将能承受大约两吨重的物品。当然这只是测算，并不是实测结果，但可以预见实际情况也不会差太多。

在电学和热学性能上，石墨烯继承了石墨的性质，并且青出于蓝而胜于蓝。石墨具有良好的导电性和导热性，石墨烯更是将这两种性质发挥到了极致。

石墨可以导电？这你就不知道了吧！我们知道金属是可以导电的，因为金属中有可以自由移动的电子，其中导电性最好的是银。可非金属怎么可以导电呢，我们可以先来做一个实验，准备一支两头削好的铅笔，和一个打火机上的电火花发生器，我们已经知道了铅笔的笔芯是石墨组成的，所以在铅笔的一端打出电火花，用手指在另一端触碰会感到有轻微酥麻的感觉，这就证明了石墨是可以导电的。石墨能够导电是因为石墨中每个碳原子与其他碳原子只形成3个共价键,每个碳原子仍然保留1个自由电子来传输电荷。现在的电池普遍使用的是石墨作电极材料，如果你砸开过5号或7号电池，你就能看到里面有一根黑色的小棒，那就是用作电极的石墨，手机上的锂电池也是用石墨作电极的。

石墨烯的导电能力比石墨更好，是目前已知导电性最好的非金属， 这得益于石墨烯的结构。石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。

石墨的导热性也是非常出色的，在电子产品尤其是手机上应用非常广泛。拆下手机的后盖，可以发现后盖有黑色的东西贴在后盖上，这就是用来导热的，通常采用的材料就是石墨 。铁的导热性不错，所以被用来作锅，石墨的导热能力是铁的4倍左右，而石墨烯的导热能力是石墨的35倍左右，远远的高于石墨。石墨烯太薄，无法直接用来代替石墨，因此中国科学院山西煤炭化学研究所研究出高导热石墨烯/碳纤维柔性复合薄膜，其厚度在10～200微米之间可控，垂直于平面方向的导热能力是石墨的6倍左右。但薄也有薄的好处，这使其有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料。

除了这些，石墨烯还具有我们很陌生但很重要的性质，石墨烯最大的特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，远远超过了电子在一般导体中的运动速度。这使得石墨烯中的电子，或更准确地，应称为“载荷子”，的性质和相对论性的中微子非常相似。为了进一步说明石墨烯中的载荷子的特殊性质，我们先对相对论量子力学或称量子电动力学做一些了解。经典物理学中，一个能量较低的电子遇到势垒的时候，如果能量不足以让它爬升到势垒的顶端，那它就只能待在这一侧；在量子力学中，电子在某种程度上是可以看作是分布在空间各处的波。当它遇到势垒的时候，有可能以某种方式穿透过去，这种可能性是零到一之间的一个数；而当石墨烯中电子波以极快的速度运动到势垒前时，就需要用量子电动力学来解释。量子电动力学作出了一个更加令人吃惊的预言：电子波能百分百地出现在势垒的另一侧。以下实验证实了量子电动力学的预言：事先在一片石墨烯晶体上人为施加一个电压（相当于一个势垒），然后测定石墨烯的电导率。一般认为，增加了额外的势垒，电阻也会随之增加，但事实并非如此，因为所有的粒子都发生了量子隧道效应，通过率达100%。这也解释了石墨烯的超强导电性：相对论性的载荷子可以在其中完全自由地穿行。