二維材料是一類具有獨特電子性質的材料，其電子僅在原子層面的兩個維度內自由移動。
這類材料通常具有超薄厚度，通常在1到100納米的尺度範圍內，屬於納米材料的範疇。二維材料表現出許多奇異的物理性質，如超導性、金屬性、半金屬性、拓撲絕緣性、半導體性和絕緣性，這些性質源於量子限域效應。二維材料在多箇領域如透明導電電極、光電探測器、氣敏傳感器、晶體管等具有廣泛的應用。
二維材料的典型代表是石墨烯，一種由單層碳原子構成的片狀結構，因其卓越的電學、熱學和光學性質，成爲了研究熱點。除了石墨烯，還有其他二維材料如氮化硼（BN）、二硫化鉬（MoS2）、二硫化鎢（WS2）和Mxene材料等也被廣泛研究。