Huvudskillnaden mellan grafen och kolfiber är att grafen har en tjocklek på ett enda kolatomskikt medan kolfiber har en tjocklek på mikrometer.
Både grafen och kolfiber är kolinnehållande ämnen. Grafen innehåller endast kolatomer medan kolfiber mest innehåller kol tillsammans med några andra element som syre och kväve. En annan viktig skillnad mellan grafen och kolfiber är på det sättet att kolarken sammanfogar i dessa ämnen. Båda typerna innehåller emellertid kol ordnat i samma vanliga sexkantiga mönster.
