研究二維材料的重要性在於它們展現出了許多不同於傳統材料的奇異性質，並且這些性質使得二維材料在物理學、化學和材料科學研究領域成為了熱點。
二維材料由單層原子或分子構成，具有高導電性、高導熱性、高強度和高柔性等特點，其在電子、光電、催化等多個領域具有廣泛的套用潛力。例如，石墨烯作為一種優秀的導電材料，已經被套用於觸控螢幕、感測器、電子器件等領域。此外，二維材料如二硫化鉬、黑磷等也具有很高的導電性和催化性能，可以用於製備光電感測器、太陽能電池、鋰離子電池等器件。
這些材料的奇異性質源於其超薄的厚度引起的量子限域效應，例如石墨烯中的電子具有線性的色散關係，表現出無質量的狄拉克費米子特性，而傳統的體相材料則沒有這些特性。此外，二維材料也是解決傳統半導體面臨的問題（如短溝道效應）的潛在解決方案，有助於開發更小型、高效的電晶體和大規模積體電路。
二維材料的基礎研究也可能成為破解晶片性能瓶頸問題的關鍵。隨著摩爾定律的放緩，傳統矽基半導體材料已經接近其物理極限，而二維材料因其新奇的物理效應（如拓撲態、強關聯效應、超導等）和可調控的物性，被認為是未來半導體技術的有希望的候選材料。