石墨烯纤维是2011年才发展起来的一种以天然石墨为最初原料的新型碳质纤维，由石墨烯或者功能化石墨烯纳米片的液晶原液经湿法纺丝一维有序组装而成。石墨烯纤维具有良好的机械性能、电学性能和导热性能，可用于导电织物、散热、储能等领域。将其他物质引入石墨烯纤维中还可得到特定功能的石墨烯复合纤维，如将聚合物加入石墨烯纤维得到结构精巧、力学性能良好的石墨烯仿贝壳纤维；将磁性纳米粒子加入得到磁性的石墨烯复合纤维；加入Ag纳米线得到高导电的石墨烯复合纤维。石墨烯纤维良好的柔韧性使其在柔性器件如柔性超级电容器等领域得到应用。

纳米级的氧化石墨烯片可以纺制成长达数米的宏观石墨烯纤维。所制备的纤维不但强度高，而且韧性好，可以打成结或者编织成导电的垫子。这种纤维可能是实现石墨烯在现实器件（例如柔性电池和太阳能电池）应用的关键材料。