Ključna razlika med grafenom in ogljikovimi vlakni je v tem, da ima grafen debelino ene plasti ogljikovega atoma, medtem ko ima ogljikova vlakna debelino mikrometrske skale.
Tako grafen kot ogljikova vlakna so snovi, ki vsebujejo ogljik. Grafen vsebuje samo ogljikove atome, medtem ko ogljikova vlakna večinoma vsebujejo ogljik skupaj z nekaterimi drugimi elementi, kot sta kisik in dušik. Druga pomembna razlika med grafenom in ogljikovimi vlakni je v tem, da se ogljikove folije v teh snoveh prepletajo. Vendar obe vrsti vsebujeta ogljik, razporejen v enakem pravilnem šesterokotnem vzorcu.
