氧化石墨正式名称为石墨氧化物或被称为石墨酸，是一种由物质量之比不定的碳、
氢、
氧元素构成的化合物。氧化石墨可以通过用
强氧化剂来处理石墨来制备。所得到的的产物中，氧化程度最高的产物是一种碳、氧数量之比介于2.1到2.9之间黄色固体，并仍然保留石墨的层状结构，但结构变得更复杂。
松散的氧化石墨分散在碱性溶液中形成类似
石墨烯结构的单原子厚度的片段。氧化石墨因为具有这个性质，所以具有用于工业化生产石墨烯的可能性，因此吸引了众多科学家参与研究。但直到2010年为止，这条石墨烯制备路线仍存在大量结构方面的问题。
氧化石墨最早是由
牛津大学的化学家本杰明·C·布罗迪在1859年用氯酸钾和浓硝酸混合溶液处理石墨的方法制得。
氧化石墨的结构和性质取决于合成它的方法。氧化石墨仍然保留石墨母体的片状结构，但是两层间的间距（约0.7nm）大约是石墨中层间距的两倍。严格的说，“氧化”一词是不正确的，只是由于历史原因而保留下来了。在氧化石墨中，除了纯粹引入氧原子的
过氧键外，实验证实，结构中还存在其他种类官能团，比如
羰基（=CO）、
羟基（-OH）和酚羟基。 氧化石墨层的厚度约为1.1 ± 0.2 nm。
扫描隧道显微镜表明在氧化石墨中某些区域内，氧原子以0.27 nm × 0.41 nm的
晶格常数排列为矩形。在氧化石墨层的最边缘均为羰基或
羧基。
赫摩尔斯和奥弗曼在1957年提出一种更加安全、快速、有效的方法。他们将
浓硫酸、
硝酸钠、
高锰酸钾混合后处理石墨来制备氧化石墨，这个方法至今仍被广泛使用（至2009年为止）。
由五倍子制得。五倍子的主要成分为单宁酸，属水解类单宁，能溶于热水，具有涩味，是和种无定形的复杂有机物。我国五倍子单宁酸是由五倍子酸、双倍酸与葡萄糖结合以甙或酯的形式形成的复杂混合物。单宁酸经加压水解即生成
没食子酸和葡萄糖。水解时先生成以没食子酸酯，再由双没食子酸酯水解成没食子酸，水解温度为133-135℃，压力为0.18-0.2MPa。从升压至0.18MPa开始反应保持2h即达终点。与常压水解比较，可节约硫酸和蒸汽，生产能力可提高25%。
近来氧化石墨被聚焦了太多的注意力，科学家试图以氧化石墨为原料来大规模工业化生产
石墨烯。虽然众所周知，石墨烯具有很好的电学性质，但氧化石墨本身却是绝缘体（或是半导体）。
由于氧化石墨中存在大量
亲水基团（如
羧基与
羟基），氧化石墨很容易在水溶液分散，形成单个小片段，而且绝大部分都只有单个石墨层。之后再通过
还原反应就可以还原得悬浮状态的石墨烯片段。
少量的实验室制备石墨烯的方法是用
肼处理处于悬浮状态的氧化石墨，并加热至100℃保持24小时。或者也可以将氧化石墨放入氢气氛围中，通过电击得到。或者将氧化石墨暴露在强脉冲光线下，例如氙气灯也能得到石墨烯。