石墨烯具有无可比拟的导热性，27℃时热导率约为5000W/（m·K）。由于其强大的面内碳键，石墨烯具有独特的热学性能，是一种优秀的热导体。在二维的石墨烯中，很少或没有声子散射。一般来说，系统中的低能声子参与热传导，因此它提供了更高的热导率。

石墨烯具有双极性的电场效应，载流子可在电子和空穴间持续调谐，即使在常温条件下，其浓度也高达10¹³cm^-2，迁移率μ超过了15000cm²/（V·s）。

石墨烯的近室温热导率在（4.84±0.44）×10³～（5.30±0.48）×10³W/（m·K）范围内[巴兰金等（Balandin et al.），2008]。化学气相沉积制备的石墨烯显示出较低值[≈2500W/（m·K）][蔡等（Cai et al.），2010]。它被认为具有一定的结构类型，即AA型或AB型。石墨烯的层数对其热导率会产生影响。石墨烯因具有很高的导热性，被作为散热片在电子电路中得到了广泛的应用。热传导的价值通过非接触式光学技术得以实现。这些价值远超碳纳米管或金刚石。热传导是由声子控制的，石墨烯的二维特性使其具有三种声学声子模式。其中两种面内模式具有线性色散关系，而面外模式具有二次色散关系。因此，在低温下线性模式的T²依赖性热导率受面外模式的T^1.5控制。(www.daowen.com)

操作电子设备时会产生大量的热量，因此热管理是决定电子设备性能是否可靠的一个重要因素。由于石墨烯的高热导率[由于其强烈的CAC共价键和声子散射，无缺陷的单层纯石墨烯在室温下热导率可高达5000W/（m·K）（巴兰金等，2008）]，它被认为是电子设备中重要的组成部分。在室温下，单层纯石墨烯的热导率比先前研究的其他碳的同素异形体的热导率高很多。例如：碳纳米管[多壁碳纳米管为3000W/（m·K）[基姆等（Kim et al.），2001]、单壁碳纳米管为3500W/（m·K）[波普等（Pop et al.），2005]。然而，负载型石墨烯的导电性会根据载体的不同而变化，这方面还需要大量的研究。热导率会受一些因素的影响，如缺陷、边缘散射[尼卡等（Nika et al.），2009年]和同位素掺杂（江等（Jiang et al.），2010）]。一般而言，所有这些因素都会对电导率产生不利影响，这是因为在缺陷处的声子散射及掺杂导致声子模式局部化。