Het belangrijkste verschil tussen grafeen en koolstofvezel is dat grafeen een dikte heeft van een enkele koolstofatoomlaag, terwijl koolstofvezel een micrometerschaaldikte heeft.
Zowel grafeen als koolstofvezel zijn koolstofhoudende stoffen. Grafeen bevat alleen koolstofatomen, terwijl koolstofvezel meestal koolstof bevat, samen met enkele andere elementen zoals zuurstof en stikstof. Een ander belangrijk verschil tussen grafeen en koolstofvezel is de manier waarop de koolstofplaten in deze stoffen in elkaar grijpen. Beide typen bevatten echter koolstof gerangschikt in hetzelfde regelmatige zeshoekige patroon.
