הגרפיט בנוי שכבות-שכבות. שכבה בודדת היא למעשה גרפןמבט ב"היטל על" של שכבות גרפן בגרפיט. כל אטום פחמן מצוי מול מרכז משושה במישור מקביל.גרפיט שנוצר כתוצאה מפירוק גלוקוז
הגרפיט בנוי משכבות, העשויות טבעות בעלות שישה פחמנים (משושה), באופן שכל פחמן מחובר לשלושה פחמנים אחרים בקשרים קוולנטים; אורך הקשר פחמן-פחמן במישור 0.142nm (ננומטר); השכבות מרוחקות אחת מהשנייה 0.335nm ומחוברות ביניהן באמצעות קשרי ואן דר ואלס, מה שגורם לגרפיט להיות רך. בין השכבות מצויים אלקטרונים ניידים (אלקטרון הערכיות הרביעי הלא קושר בקליפה של כל אטום פחמן) ומאפשרים מוליכות חשמלית. השכבות מוסטות זו ביחס לזו, כך שאטום פחמן במישור אחד אינו מעל אטום פחמן במישור השכן. מבחינים בשתי צורות של גרפיט, השונות זו מזו במיקום המישורים זה ביחס לזה. בצורה היציבה - ההקסגונלית – המישורים בסידור ABAB; דהיינו, כל אטום פחמן מצוי מעל מרכז המשושה במישורים השכנים ומול אטום פחמן במישור הבא.
במשך שנים היה ניסיון להפריד את שכבות הגרפיט. רק בשנת 2004 הצליח אנדריי גיים, בשיתוף פעולה עם קונסטנטין נובוסלוב, שניהם פיזיקאיםרוסיים מאוניברסיטת מנצ'סטר, לבצע את ההפרדה על ידי עבודה עם רסיסי גרפיט. הם חזרו על הפעולה שוב ושוב, והרסיסים שהתקבלו נעשו דקים יותר ויותר. כשהיו בידי החוקרים רסיסים דקים רבים, הם בחנו בעיון רב את החתיכות, וגילו שעוביין של כמה מהן היה אטום אחד בלבד. יתרונותיו של החומר נעוצים בתכונותיו המיוחדות, ובהן חוזק מיוחד ומוליכות גבוהה אפילו בטמפ' החדר. לחומר הזה של שכבת פחמן בעובי של אטום אחד ניתן השם גְרָפֵן (באנגלית: Graphene).
בכורים גרעיניים נעזרים במוטות גרפיט לשליטה בריאקציה הגרעינית. אטום הפחמן קל מספיק כך שהתנגשות אלסטית בנייטרון מהיר תקטין את מהירותו ומצד שני אין בליעה של נייטרונים בגרעין הפחמן. כך ניתן להאט את הנייטרונים המהירים הנפלטים בביקוע גרעיני ולהגדיל את הסיכוי לבליעה שלהם בגרעיני החומר הבקיע.
