2D-materiaalit viittaavat aineluokkaan, jonka paksuus on vain yksi tai kaksi atomia, mikä tekee niistä poikkeuksellisen ohuita ja rakenteeltaan kaksiulotteisia. Tunnetuin esimerkki on grafeeni, yksi kerros hiiliatomeja, jotka on järjestetty kuusikulmaiseen hilaan. Näiden materiaalien ensisijaisiin toimintoihin kuuluu toimia johtavina, mekaanisina tai lämpörajapinnoina sekä niillä on erilaisia sähköisiä, optisia ja kemiallisia ominaisuuksia, jotka eroavat niiden 3D-vastineista. Ainutlaatuisten ominaisuuksiensa, kuten suuren lujuuden, joustavuuden ja johtavuuden, vuoksi 2D-materiaalit mullistavat erilaisia teknologisia sovelluksia.
2D-materiaalien pääasialliset käyttötarkoitukset kattavat lukuisia teollisuudenaloja, mukaan lukien elektroniikka, missä ne ovat käytetään transistoreina ja antureina; energia, jossa ne valmistavat tehokkaita aurinkokennoja ja akkuja; ja lääketieteen aloilla, joilla ne osallistuvat lääkkeiden jakelujärjestelmiin ja biosensoreihin. Niiden ominaisuudet, kuten suuri pinta-ala, lujuus ja sähkönjohtavuus, tekevät niistä täydellisen näihin edistyneisiin sovelluksiin. Merkittäviä 2D-materiaalien valmistajia ovat esimerkiksi Graphenea, 2D Materials Pte Ltd ja 2D Semiconductors.