กราฟีนออกไซด์ถูกใช้อย่างกว้างขวางในหลายด้านเนื่องจากคุณสมบัติพิเศษ เช่น พื้นที่ผิวสูง ความสามารถในการดูดซับ และการนำไฟฟ้าที่สามารถปรับเปลี่ยนได้ หนึ่งในแอปพลิเคชันที่สำคัญคือการใช้ในระบบกรองน้ำ โดยช่วยกรองสารปนเปื้อน โลหะหนัก และแบคทีเรียได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมวัสดุ เช่น การเสริมความแข็งแรงให้กับพลาสติกหรือเรซิน ทำให้วัสดุมีความทนทานและน้ำหนักเบา ยังมีการใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เช่น เซนเซอร์ที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงของก๊าซหรือสารชีวภาพ รวมถึงการพัฒนาแบตเตอรี่และซูเปอร์แคปาซิเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูง ในด้านชีวการแพทย์ กราฟีนออกไซด์ถูกศึกษาเพื่อนำมาใช้ในการส่งยาเฉพาะจุด โดยสามารถพาตัวยาไปยังเซลล์เป้าหมายได้อย่างแม่นยำ และยังมีศักยภาพในการใช้เป็นวัสดุสำหรับการถ่ายภาพทางการแพทย์หรือการฆ่าเซลล์มะเร็งด้วยความร้อน