單分子氣體偵測

石墨烯獨特的二維結構使它在傳感器領域具有光明的應用前景。石墨烯具有高電導率和低雜訊的優良品質，能夠偵測這微小的電阻變化。

石墨烯奈米帶

石墨烯奈米帶的結構具有高電導率、高熱導率、低雜訊，這些優良品質促使石墨烯奈米帶成為積體電路互連材料的另一種選擇，有可能替代銅金屬。根據2012年10月的一份研究表明有些研究者試著用石墨烯奈米帶應用於光通信系統，發展石墨烯奈米帶雷射器。

積體電路

石墨烯具備作為優秀的積體電路電子器件的理想性質。石墨烯具有高的載子遷移率（carrier mobility），以及低雜訊，允許它被用作在場效應電晶體的通道。2011年6月，IBM的研究人員宣布，他們已經成功地創造第一個石墨烯為基礎的積體電路(積體電路)-寬帶無線混頻器。

石墨烯電晶體

2005年，Geim研究組與Kim研究組發現，室溫下石墨烯具有10倍於商用矽片的高載子遷移率（約10 am /V·s），並且受溫度和摻雜效應的影響很小，表現出室溫亞微米尺度的彈道傳輸特性（300 K下可達0.3 m），這是石墨烯作為納電子器件最突出的優勢，使電子工程領域極具吸引力的室溫彈道場效應管成為可能。在現代技術下，石墨烯奈米線可以證明一般能夠取代矽作為半導體。

透明導電電極

石墨烯良好的電導性能和透光性能，使它在透明電導電極方面有非常好的應用前景。觸控螢幕、液晶顯示、有機光伏電池、有機發光二極體等等，都需要良好的透明電導電極材料。特別是，石墨烯的機械強度和柔韌性都比常用材料氧化銦錫優良。通過化學氣相沉積法，可以製成大面積、連續的、透明、高電導率的少層石墨烯薄膜，主要用於光伏器件的陽極，並得到高達1.71%能量轉換效率；與用氧化銦錫材料製成的元件相比，大約為其能量轉換效率的55.2%。

導熱材料/熱界面材料

2011年,美國喬治亞理工學院學者首先報導了垂直排列官能化多層石墨烯三維立體結構在熱界面材料中的應用及其超高等效熱導率和超低界面熱阻。

超級電容器

由於石墨烯具有特高的表面面積對質量比例，石墨烯可以用於超級電容器的導電電極。

海水淡化

研究表明，石墨烯過濾器可能大幅度的勝過其他的海水淡化技術。

太陽能電池

南加州大學維特比工程學院的實驗室報告高度透明的石墨烯薄膜的化學氣相沉積法在2008年的大規模生產。石墨烯不僅可以作為透明導電薄膜，還可以在與矽的界面處分離光生載子。

石墨烯生物器件

由於石墨烯的可修改化學功能、大接觸面積、原子尺寸厚度、分子閘極結構等等特色，應用於細菌偵測與診斷器件，石墨烯是個很優良的選擇。

抗菌物質

中國科學院上海分院的科學家發現石墨烯氧化物對於抑制大腸桿菌的生長超級有效，而且不會傷害到人體細胞。假若石墨烯氧化物對其他細菌也具有抗菌性，則可能找到一系列新的應用，像自動除去氣味的鞋子，或保存食品新鮮的包裝。

石墨烯感光元件

新加坡南洋理工大學學者，研發出了一個以石墨烯作為感光元件材質的新型感光元件，可望透過其特殊結構，讓感光元件感光能力比起傳統CMOS或CCD要好上1,000倍，而且損耗的能源也僅需原本的1/10。與許多新的感光元件技術相同，這項技術初期將率先被應用在監視器與衛星影像領域之中。此技術終將應用在一般的數位相機 / 攝影機之上，假若真的進入消費領域以石墨烯打造的最新感光元件，還可能製造成本壓到現今的1/5低。

抗癌治療

氧化石墨烯，石墨烯的衍生化合物，被認為可以應用在癌症的治療上。其原理是氧化石墨烯能夠辨識癌細胞與正常細胞電子密度的不同，進而附著在癌幹細胞上，使其能被標靶藥物所作用，達到抑止腫瘤遠端轉移的效果。這突破性的發現，能夠補足傳統化學治療和放射治療只能殺死分化後癌細胞的缺點，預期能達成更高的治療反應率與病患存活率。目前該團隊經實驗證明氧化石墨烯能夠抑制6種癌症(乳癌、胰臟癌、腦癌、肺癌、卵巢癌、攝護腺癌)之腫瘤球(tumour sphere)形成，因而能抑止其擴散。

恆溫織物

石墨烯具有異向性的熱傳導值、遠紅外線吸收與釋放、高導電度、抗靜電等特性，以低沸點及高表面張力的溶劑組合製備奈米石墨烯片懸浮溶液，混合奈米石墨烯片懸浮溶液及疏水性樹脂製備石墨烯樹脂溶液，以塗佈或印刷的方式使石墨烯樹脂溶液覆蓋且崁入織物組織，形成石墨烯恆溫層。在環境溫度較高時，石墨烯恆溫層可加速人體皮膚熱量的逸散，達到涼爽的效果，在環境溫度較低時，石墨烯恆溫層可均化人體皮膚不同部位的溫度，且藉由吸收及釋放人體皮膚輻射的遠紅外線，同時達到保暖與恆溫的效果。