电子轨道、能带的结构、电子的排布方式可以解释石墨烯独特的光电学性质。以独立的碳原子为基，它将周围碳原子产生的影响它的“权势”，相互之间可以作为微扰，并可用矩阵的方法计算得出石墨烯的能级分布。在狄拉克点（Dirac Point）的附近展开，可以得到能量与波矢呈线性关系（类似于光子的色散关系），且在狄拉克点会出现奇点（singularity）[18]-[19]。这就意着在费米能级面的附近，石墨烯中电子质量非常小，电子的有效质量为零，这也解释了该材料特殊的电学等性质。