กราฟีนออกไซด์ถูกใช้ในหลายด้านเนื่องจากคุณสมบัติที่โดดเด่น เช่น ความแข็งแรงสูง พื้นที่ผิวมาก และสามารถดัดแปลงทางเคมีได้ง่าย หนึ่งในแอปพลิเคชันที่สำคัญคือการใช้ในวัสดุคอมโพสิตเพื่อเพิ่มความแข็งแรงและความทนทานของพลาสติกหรือยาง ยังถูกนำมาใช้ในระบบกรองน้ำ โดยเฉพาะการกำจัดโลหะหนักและสารอินทรีย์ในน้ำเสีย เนื่องจากมีความสามารถในการดูดซับสูง อีกทั้งสามารถออกแบบเมมเบรนที่มีรูพรุนในระดับนาโนเพื่อแยกอนุภาคขนาดเล็กได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในด้านอิเล็กทรอนิกส์ เอ็นจิเนียร์ใช้กราฟีนออกไซด์ในการผลิตเซนเซอร์ เช่น เซนเซอร์ตรวจจับก๊าซหรือชีวโมเลกุล เนื่องจากมีการนำไฟฟ้าที่สามารถควบคุมได้และตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม นอกจากนี้ยังมีการวิจัยในทางการแพทย์ เช่น การส่งยาเฉพาะจุด หรือการถ่ายภาพทางการแพทย์ เนื่องจากสามารถผูกพันกับโมเลกุลชีวภาพและแทรกซึมเข้าสู่เซลล์ได้ดี โดยรวม กราฟีนออกไซด์เป็นวัสดุที่มีศักยภาพสูงในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ทั้งด้านพลังงาน สิ่งแวดล้อม และเทคโนโลยีชีวภาพ