石墨烯對物理學(xué)基礎(chǔ)研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進(jìn)行論證的量子效應(yīng)可以通過實(shí)驗(yàn)經(jīng)行驗(yàn)證。在二維的石墨烯中，電子的質(zhì)量仿佛是不存在的，這種性質(zhì)使石墨烯成為了一種罕見的可用于研究相對論量子力學(xué)的凝聚態(tài)物質(zhì)——因?yàn)闊o質(zhì)量的粒子必須以光速運(yùn)動，從而必須用相對論量子力學(xué)來描述，這為理論物理學(xué)家們提供了一個嶄新的研究方向：一些原來需要在巨型粒子加速器中進(jìn)行的試驗(yàn)，可以在小型實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用石墨烯進(jìn)行。 [41] 

零能隙的半導(dǎo)體主要是單層石墨烯，這種電子結(jié)構(gòu)會嚴(yán)重影響到氣體分子在其表面上的作用。單層石墨烯較體相石墨表面反應(yīng)活性增強(qiáng)的功能是由石墨烯的氫化反應(yīng)和氧化反應(yīng)結(jié)果顯示出來的，說明石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以調(diào)變其表面的活性。另外，石墨烯的電子結(jié)構(gòu)可以通過氣體分子吸附的誘導(dǎo)而發(fā)生相應(yīng)的變化，其不但對載流子的濃度進(jìn)行改變，同時(shí)可以摻雜不同的石墨烯。