由于石墨烯具有优异的导电性、导热性和结构稳定性等性能，并具有改性担载金属催化剂的作用，使得石墨烯基催化剂拥有了许多特殊的催化活性。

为了得到高比容超级电容器，一些研究组设计合成了多种石墨烯复合材料，并将其应用于电极材料，如：聚苯胺/石墨烯、MnO₂/石墨烯等。但是石墨烯易发生团聚而不能有效利用，这也是石墨烯在电化学领域广泛应用的一个难题。

石墨烯的部分双键被氧化以后转化为石墨烯氧化物，其所携带的羟基、羧基、环氧基、羰基等亲水性官能团，让石墨烯氧化物可以在水溶液或生理溶液中稳定存在，具有较高的水溶性，有望像溶液一样适应于静脉注射；另外，石墨烯还具备低毒性、比表面积大等特点，在药物载体中有潜在的应用价值。目前石墨烯复合材料在生物医药领域的应用存在载药种类少和治愈范围小等缺点，其负载抗癌药物主要为盐酸阿霉素、三苯氧胺柠檬酸盐和喜树碱类等，未来可将石墨烯复合物应用于蛋白和基因药物靶向运输和治疗等更深层次方面。