Grafen je natolik pevný, že na proříznutí 100 μm tlusté membrány (jen o málo silnější než vlas) by v případě, pokud by atomy této vrstvy byly vázány stejně pevně jako atomy grafenu, bylo nutné použít sílu asi 20 000 N k jejímu proříznutí. Grafen je nyní jedním z nejintenzívněji zkoumaných materiálů na světě.
Grafen se poprvé podařilo vyrobit v roce 2004 vědcům z Univerzity v Manchesteru ve Velké Británii a Ústavu pro mikroelektronické technologiev Černogolovce (Rusko). Teoreticky však byly tyto dvojrozměrné struktury studovány o mnoho desítek roků dříve, ale fyzikové se tehdy domnívali, že jednoatomární vrstvy by byly velmi nestabilní. Důvodem byly tepelné kmity krystalové mřížky, které měly být natolik silné, že by docházelo k přemisťování atomů a přeměně částí jednoatomární vrstvy do nanotrubic a fulerenových struktur. Podle vědců mají elektrony v grafenu dokonce jiné vlastnosti, než by měly mít. U žádného jiného materiálu nebylo dosud pozorováno, že by se jeho elektrony chovaly, jakoby neměly žádnou hmotnost a pohybovaly se rychlostí světla! Uvažuje se, že by grafen mohl být použit při důkazu tzv. Kleinova paradoxu. K tomuto jevu totiž podle dosavadních znalostí mělo docházet jen ve velmi extrémních podmínkách (např. v okolí černých děr). V případě, že by se toto prokázalo, otevřela by se cesta k vývoji zcela nového druhu tranzistorů.
Kromě elektrické vodivosti je grafen také propustný pro světlo, takže by se dal využít při výrobě například displejů a nahradit tak stávající zařízení z tenkých vrstviček oxidů kovů.
První grafenový tranzistor byl vyroben ve stejném roce, kdy byl poprvé vyroben samotný grafen.
Předpokládá se, že grafen se stane podobně jako fullereny základem uhlíkové elektroniky příští generace. Dosud se však nedařila jeho průmyslová výroba ve velkém. Vědci z California NanoSystems Institute objevili metodu, která by mohla být velice jednoduchá i levná. Základem by byl obyčejný papír ponořený v roztoku hydrazinu. Výsledkem byla redukce původní formy uhlíku na atomární uhlík. Při této technologii se překvapivě zachová i původní "papírová" struktura, takže snadno vznikne velmi tenká (možná monoatomární) vrstva o velké ploše (destička o velikosti až 20 x 40 mikrometrů). Takto získaný grafen má mít navíc výhodné elektrické vlastnosti, je výborně vodivý.
Dosavadní metody výroby grafenu vycházely například z karbidu uhlíku, který se při teplotě až 1100 °C redukoval na grafen. Takto získané kousky materiálu měly ale různou velikost i vlastnosti, a proto se moc nehodily k průmyslovému využití. Musely by se složitě třídit podle velikosti, tvaru a vodivosti.