گرافن (به انگلیسی: Graphene) نامِ یکی از آلوتروپ‌هایِ کربن است. این ماده با استفاده از یک ساختار بلوری لانه زنبوری دوبعدی تشکیل‌شده است که در آن هر اتم کربن به کمک سه الکترون ظرفیت خود، با سه پیوند SP2 هیبریدیزه شده به سه اتم کربن دیگر متصل شده‌است.
یک الکترون ظرفیت باقی‌مانده نیز بر روی کل صفحه? گرافین و بین تمام اتم‌ها به اشتراک گذاشته‌شده و الکترونِ آزاد است. در صورت وجود ناخالصی بر روی صفحات گرافن مانند اکسیژن این الکترون به صورت پیوند ? در پیوند میان کربن با اکسیژن شرکت می‌کند. در گرافیت (فراوان‌ترین آلوتروپ کربن)، هر کدام از اتم‌هایِ چهارظرفیتیِ کربن، با سه پیوندِ کووالانسی به سه اتمِ کربنِ دیگر متصل شده‌اند و یک شبکه? گسترده را تشکیل داده‌اند.
این لایه خود بر رویِ لایه‌ای کاملاً مشابه قرار گرفته‌است و به این ترتیب، چهارمین الکترونِ ظرفیت نیز یک پیوندِ شیمیایی داده‌است، اما این پیوندِ این الکترونِ چهارم، از نوعِ پیوندِ واندروالسی است که پیوندی ضعیف است. به همین دلیل لایه‌هایِ گرافیت به راحتی بر رویِ هم سر می‌خورند و می‌توانند در نوکِ مداد به کار بروند. گرافین ماده‌ای است که در آن تنها یکی از این لایه‌هایِ گرافیت وجود دارد و به عبارتی چهارمین الکترونِ پیوندیِ کربن، به عنوان الکترونِ آزاد باقی‌مانده است.