超聲波可以在有機溶劑、表面活性劑/水溶液或離子液體中制備石墨烯。這意味著可以避免使用強氧化或還原劑。科學家曾在超聲作用下通過剝離產生了石墨烯。超聲波處理濃度為1mg/ml石墨烯氧化物的熔液，AFM圖像顯示總是存在具有均勻厚度的薄片(1nm)，這些良好的氧化石墨烯剝離樣品中沒有厚度大于1nm或厚度小于1nm的石墨烯薄片，由此得出結論，在這些條件下，實現了氧化石墨烯全剝落得到單個氧化石墨烯薄片。
 

　　在超聲波石墨烯制備剝離設備的處理過程中，剝離力來源于液相中空化氣泡的形成。空化引發的氣泡分布在石墨粉片層中，當這些氣泡破碎，微型氣流與振動波立即作用于石墨粉表面，導致應力波沿著石墨粉片層擴展下去。根據應力波理論，一旦壓縮波在石墨粉界面傳播，應力波會反射回來作用于本體。因此，許多微型氣泡的破碎會導致強烈的應力作用于石墨粉片層之間，就像強有力的“吸盤”一樣，來剝離石墨粉片層。
 

　　關于超聲剝離石墨烯的效率，無論是超聲浴或者超聲桿，如果超聲振動源的位置是固定的，液相中的空穴區域也是固定的。這樣終并不能夠實現有效剝離：
 

　　強空穴區域的石墨粉會被剝離很多次，而低空穴強度區域的石墨粉是完好無損的。特別是如果溶液中最初石墨粉的濃度非常高，部分石墨粉會沉降在容器底部，保持未剝離的狀態。所以，一個移動的空穴區域或者超聲過程中伴隨攪拌有利于于剝離效率的提升。