所有含碳元素的物质中除了单质碳、碳酸、碳酸盐、碳酸氢盐、碳化硅等，大多属于有机物，碳单质有石墨、金刚石。目前对于石墨烯的发现和使用，也没有看到石墨烯在生命体中参与代谢，衍生等，应算作无机物。
物理性质
石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。
研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键（与苯环类似），因而具有优良的导电和光学性能。
化学性质
石墨烯的化学性质与石墨类似，石墨烯可以吸附并脱附各种原子和分子。当这些原子或分子作为给体或受体时可以改变石墨烯载流子的浓度，而石墨烯本身却可以保持很好的导电性。
但当吸附其他物质时，如H和OH时，会产生一些衍生物，使石墨烯的导电性变差，但并没有产生新的化合物。因此，可以利用石墨来推测石墨烯的性质。例如石墨烷的生成就是在二维石墨烯的基础上，每个碳原子多加上一个氢原子，从而使石墨烯中sp碳原子变成sp杂化。可以在实验室中通过化学改性的石墨制备的石墨烯的可溶性片段。
