石墨晶體是兩向大分子層狀結構，每一平面內的C原子都以C一C共價鍵相結合，層與層之間以較弱的范德華力相結合。石墨的層狀結構十分典型，每一層片是一個碳原子層，層內碳原子之間以sp2雜化軌道成很強的共價鍵，即1個2s電子和2個2p電子雜化等價的雜化軌道，位于同一平面上，互相形成σ鍵，而二個未參加雜化的2P電子則垂直于平面，形成二鍵π。石墨的這種層狀結構使得層間存在一定的空隙。因此在一定條件下，某些反應物(如酸、堿、鹵素)的原子(或單個分子)即可進入層間空隙，并與碳網平面形成層間化合物。這種插有層間化合物的石墨即為可膨脹石墨。碳原子層間以很弱的范德華力相聯系，這種結構允許插層物質能夠順利地進入碳原層間而不破壞碳原子層內的六角網狀結構，因此天然石墨是制備石墨插層化合物好的母體材料。可膨脹石墨是一種利用物理或化學的方法使非碳質反應物插入石墨層間，與炭素的六角網絡平面結合的同時又保持了石墨層狀結構的晶體化合物。它不僅保持石墨優異的理化性質，而且由于插入物質與石墨層的相互作用而呈現出原有石墨及插層物質不具備的新性能。插有層間化合物的石墨在遇到高溫時，層間化合物將分解，產生一種沿石墨層間C軸方向的推力，這個推力遠大于石墨粒子的層間結合力，在這個推力的作用下石墨層間被推開，從而使石墨粒子沿C軸方向高倍地膨脹，形成蠕蟲狀的膨脹石墨l2]。石墨層與層之間可"嵌"入化學物質而具有可膨脹性。如可采用硫酸處理石墨，干燥后石墨在高溫下膨脹，這是由于硫酸分子"嵌"入石墨層所致。