Der Hauptunterschied zwischen Graphen und Kohlefaser besteht darin, dass Graphen eine Dicke einer einzelnen Kohlenstoffatomschicht aufweist, während Kohlefaser eine Dicke im Mikrometerbereich aufweist.
Sowohl Graphen als auch Kohlenstofffasern sind kohlenstoffhaltige Substanzen. Graphen enthält nur Kohlenstoffatome, während Kohlenstofffasern neben einigen anderen Elementen wie Sauerstoff und Stickstoff hauptsächlich Kohlenstoff enthalten. Ein weiterer wichtiger Unterschied zwischen Graphen und Kohlefaser besteht darin, dass die Kohlenstoffplatten in diesen Substanzen ineinander greifen. Beide Typen enthalten jedoch Kohlenstoff, der in demselben regelmäßigen hexagonalen Muster angeordnet ist.