石墨烯纖維是2011年才發展起來的一種以天然石墨為最初原料的新型碳質纖維，由石墨烯或者功能化石墨烯納米片的液晶原液經濕法紡絲一維有序組裝而成。石墨烯纖維具有良好的機械性能、電學性能和導熱性能，可用于導電織物、散熱、儲能等領域。將其他物質引入石墨烯纖維中還可得到特定功能的石墨烯復合纖維，如將聚合物加入石墨烯纖維得到結構精巧、力學性能良好的石墨烯仿貝殼纖維；將磁性納米粒子加入得到磁性的石墨烯復合纖維；加入Ag納米線得到高導電的石墨烯復合纖維。石墨烯纖維良好的柔韌性使其在柔性器件如柔性超級電容器等領域得到應用。

納米級的氧化石墨烯片可以紡制成長達數米的宏觀石墨烯纖維。所制備的纖維不但強度高，而且韌性好，可以打成結或者編織成導電的墊子。這種纖維可能是實現石墨烯在現實器件（例如柔性電池和太陽能電池）應用的關鍵材料。