石墨烯本征缺陷
石墨烯本征缺陷具体来说可以分为五类点缺陷，单空穴缺陷，多重空穴缺陷，线缺陷和面外碳原子引入缺陷。以下将分述此五类缺陷。
点缺陷
石墨烯的点缺陷是由于C-C 键的旋转而形成的，因此该缺陷的形成并没有使石墨烯分子内发生碳原子的引入或者移除，也不会产生具有悬键的碳原子。这种缺陷的形成能大约为5 eV， 这样高的形成能导致点缺陷在至少1000 °C 下的平衡浓度可以忽略。点缺陷可以由于电子束轰击或者在高温环境中快速冷却产生。图1-2 为点缺陷的TEM 图像和计算得到的原子排布结构图，其缺陷形成的原因可能为高能电子的轰击。
单空穴缺陷
如果在连续排列的碳六元环中丢失一个碳原子，石墨烯上就会形成单空穴缺陷。图1-3 为单空穴缺陷的TEM 图像和计算得到的原子排布结构图。很显然，一个碳原子的丢失必然造成与本来与其相连的三个共价键断裂，其结果是形成了三个悬键。Jahn-Teller 效应影响下，为了降低分子整体能量，石墨烯丢失碳原子区域发生结构重排，最终两个悬键彼此连接，剩余一个悬键， 同时区域结构调整，层面突起。不难想象，这样拥有一个悬键的缺陷形成需要比点缺陷更高的能量，相关研究的理论计算表明，这种缺陷的形成能大约为7.5 eV。
多重空穴缺陷
单空穴缺陷的基础上，如果再丢失一个碳原子，就会产生多重空穴缺陷，图1-4 展示了三种已经观察到的多重空穴缺陷的TEM 照片和其原子排布结构图。图1-4a (1-4d)是最易理解的一种多空穴缺陷，其是在单空穴缺陷的基础上丢失那个具有悬键的碳原子而形成的。模拟计算表明，这种多空穴缺陷的形成能为大约8 eV。虽然这种缺陷最容易为人理解，但是，理论计算表明，一定条件下，图1-4a (1-4d)缺陷可以转变为图1-4b (1-4e)这种缺陷，而且后者更易形成，原因是其形成能更低，约为7 eV，实验也证明了这一计算，即这种缺陷出现的概率确实大于前者。
线缺陷
在使用化学气相沉积方法制备石墨烯的过程中，石墨烯会在金属表面的不同位置开始生长，这样生长的随机性导致不同位置生长的石墨烯会有不同的二维空间走向，当这些石墨烯生长到一定大小后，开始发生交叉融合，融合的过程中由于起始晶取向的不同开始出现缺陷，这种缺陷通常呈现线型。图1-5 展示了这种石墨烯线缺陷。
在图1-5a 中，可以明显看出不同晶取向的石墨烯在边缘交叉的位置开始出现线缺陷，图1-5b是这些线型交叉位置的放大图，从图中可以更加明显的看出线缺陷所造成的紊乱原子排列。类似这样的石墨烯线缺陷现象还曾被多次发现。
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