Grafen to jedna z postaci czystego węgla. Atomy węgla mogą być ze sobą połączone na wiele różnych sposobów. Gdy mają trójwymiarową sieć krystaliczną, tworzą przezroczysty i bardzo trwały diament. Gdy jednak atomy węgla są połączone ze sobą na płaszczyźnie, tworzą strukturę niemal dwuwymiarową (o grubości zaledwie jednego atomu). To właśnie jest grafen. Jego maleńkie płatki, poukładane jeden na drugim i słabo ze sobą związane, tworzą grafit. Ten sam, który używany jest w zwykłych ołówkach. Z kolei zwinięta w rulon powierzchnia grafenowa tworzy tzw. nanorurkę, a ułożona w kulę pustą w środku – tzw. fulereny.

Choć nazwy poszczególnych struktur węglowych trudno zapamiętać, ich właściwości są wręcz niesamowite. We wnętrzu fulerenów można umieszczać cząsteczki leków i dzięki temu uderzać bezpośrednio w chorą tkankę, nie powodując skutków ubocznych terapii. Wciąż odkrywamy ich właściwości elektryczne. Fulereny mają właściwości nadprzewodzące i półprzewodnikowe. Mogą też być „inteligentnymi” smarami. Jeszcze szersze zastosowanie mają nanorurki. Są bardzo wytrzymałe i sztywne, kilkadziesiąt razy bardziej odporne na rozciąganie niż hartowana stal. W zależności od kierunku puszczonego prądu nanorurka jest przewodnikiem albo półprzewodnikiem. Może przewodzić prąd o setki razy wyższym natężeniu niż metalowe przewody.