理學基礎研究有著特殊意義，它使得一些此前只能在理論上進行論證的量子效應可以透過實驗經行驗證。在二維的石墨烯中，電子的質量彷彿是不存在的。

這種性質使石墨烯成為了一種罕見的可用於研究相對論量子力學的凝聚態物質——因為無質量的粒子必須以光速運動，從而必須用相對論量子力學來描述，這為理論物理學家們提供了一個嶄新的研究方向：一些原來需要在巨型粒子加速器中進行的試驗，如今可以在小型實驗室內用石墨烯進行。

石墨烯還具有所謂的量子霍爾效應，這種諾貝爾獎量級的重要效應以往是要在極低溫�