还原氧化石墨烯是首个通过快速加热和剥离氧化石墨合成单层石墨烯片的方法[布恩（Boehm），1962]。此方法涉及在加热炉内将氧化石墨烯加热至极高的温度。

值得一提的是，布恩（Boehm）是研究石墨烯的先驱之一，他[与塞顿（Setton）和斯达姆普（Stumpp）]描述了合成的单个石墨烯片的特性。

通过快速加热（＞2000℃/min），一氧化碳（CO）或二氧化碳（CO₂）气体迅速膨胀并进入堆叠的石墨烯层的间隙中，从而从氧化石墨上剥离石墨烯，同时附着在石墨烯上（附着在碳面上）作为官能团的氧被分解成气体，在石墨烯层间形成了巨大的压力。麦卡利斯特等（McAllister et al.，2007）经过计算得出，2.5MPa的压强就能分开两个堆叠在一起的氧化石墨烯薄片，而当温度达到300℃时就会产生40MPa压强。因此，快速加热能剥离氧化石墨，并通过分解含氧官能团来还原官能化石墨烯片。通过此方法生成的石墨烯通常会起皱，而且较小，这主要是由于热还原释放的二氧化碳（CO₂），会损坏石墨烯片，且导致30%氧化石墨烯的丢失和晶格缺陷[石妮普等（Schniepp et al.），2006]。科学家们已经注意到了高温对氧化石墨烯的重大影响。例如：当温度低于500℃时，碳氧比例不大于7；当温度为750℃时，碳氧比例则大于13[石妮普等（Schniepp et al.），2006]。(www.daowen.com)

通过热还原氧化石墨烯制造石墨烯所面临的挑战：有研究报告指出，在加热期间，石墨烯层之间的压力会变大，释放出二氧化碳，因而会损坏石墨烯薄片。除了对石墨烯结构造成损害外，还会导致30%氧化石墨烯的损失，使得到的石墨烯出现缺陷和空隙。此外，制备出的石墨烯的机械强度也会受到影响。