同樣都是碳原子，組成方式不一樣，物理性質就完全不一樣。若每4個相鄰的碳原子組成正四面體的立體結構，會形成堅硬無比的鑽石，幾近透明、不會導電。而若每6個相鄰的碳原子組成正六邊形的蜂巢狀平面，則會堆疊成柔軟的石墨，黝黑略帶光澤、可以導電。
除了存在自然界的鑽石與石墨，還有以人工方式所製造出不同結構的純碳，例如捲曲成管狀的奈米碳管以及球狀的富勒烯，也都各有特異的性質。那麼只有一層蜂巢狀平面的石墨烯呢？這個看似更簡單的結構，科學家卻一直無法成功分離出來。因為一層與一層之間有凡得瓦力將它們結合在一起，硬要破壞的結果只會得到一堆爛泥， 因此石墨烯被認為只是理論上的結構，實際上無法單獨穩定存在。沒想到，2004年10月22日出版的《科學》(Science)期刊，竟然刊出一篇論文，宣稱成功從石墨中分離出石墨烯。