石墨烯具有极高导热系数, 近年来被提倡用于散热等方面, 在散热片中嵌入石墨烯或数层石墨烯可使得其局部热点温度大幅下降。美国加州大学一项研究显示 , 石墨烯的导热性能优于碳纳米管。中国科学院山西煤炭化学研究所高导热石墨烯/炭纤维柔性复合薄膜，其厚度在10~200 μm之间可控，室温面向热导率高达977 w/m?k，拉伸强度超过15 mpa[1]。普通碳纳米管的导热系数可达3000w/mk以上, 各种金属中导热系数相对较高的有银、铜、金、铝, 而单层石墨烯的导热系数可达5300w/mk, 甚至有研究表明其导热系数高达6600w/mk。优异的导热性能使得石墨烯有望作为未来超大规模纳米集成电路的散热材料 。与纯石墨烯相比, 还原剥离氧化石墨得到热导率相对较低(0.14 ～ 2.87 w/mk)的石墨烯(rgox)。其导热系数与氧化石墨被氧化程度密切相关, 原因是rgox薄片即使经过热还原处理后仍然具有氧化性。导热率可能与其中残余的化学官能团、破坏的碳六元环等缺陷有关化学结构被氧化导致晶格缺陷的产生, 阻止了热传导作用。