Ključna razlika između grafena i ugljičnih vlakana je u tome što grafen ima debljinu sloja jednog atoma ugljika, dok ugljična vlakna imaju debljinu skale od mikrometara.
I grafen i ugljična vlakna tvari su koje sadrže ugljik. Grafen sadrži samo atome ugljika, dok ugljična vlakna uglavnom sadrže ugljik zajedno s nekim drugim elementima poput kisika i dušika. Druga važna razlika između grafena i ugljičnih vlakana je u načinu na koji se ugljikovi slojevi međusobno spajaju u tim tvarima. Međutim, obje vrste sadrže ugljik poredan u istom pravilnom šesterokutnom uzorku.
