Galvenā atšķirība starp grafēnu un oglekļa šķiedru ir tāda, ka grafēnam ir viena oglekļa atoma slāņa biezums, savukārt oglekļa šķiedrai ir mikrometra biezums.
Gan grafēns, gan oglekļa šķiedra ir oglekli saturošas vielas. Grafēns satur tikai oglekļa atomus, savukārt oglekļa šķiedra galvenokārt satur oglekli kopā ar dažiem citiem elementiem, piemēram, skābekli un slāpekli. Vēl viena būtiska atšķirība starp grafēnu un oglekļa šķiedru ir veids, kā oglekļa loksnes saslēdzas ar šīm vielām. Tomēr abos veidos ir ogleklis, kas sakārtots vienā un tajā pašā regulārā sešstūra zīmējumā.
