Grafen ma ogromny potencjał do wykorzystania w medycynie. Najbardziej spektakularną rolą może być jego zastosowanie w terapii antynowotworowej. Komórka rakowa otoczona grafenową warstewką zostaje odcięta od środowiska i umiera.
Właściwości grafenu mogą też posłużyć do stworzenia antyseptycznych opatrunków, a także mogą być wykorzystane w diagnostyce chorób i podawaniu leków.