Su estructura química deriva del ciclopentanoperhidrofenantreno o esterano, una molécula de 17 carbonos formada por tres anillos hexagonales y uno pentagonal.
En este sentido, el grafeno ha sido definido como un hidrocarburo aromático policíclico infinitamente alternante de anillos de sólo seis átomos de carbono.
El sistema de anillos heterocíclicos tiene una estructura poliénica extendida con alternancia de enlaces sencillos y dobles (conjugados) que constituyen el grupo cromóforo responsable de la absorción de luz.