所谓机械剥离法，就是通过对石墨材料施加诸如剪切力、摩擦力、拉伸力等机械力将石墨烯从石墨材料中剥离出来的方法。实验结果表明，石墨层与层之间是通过范德华力连接的，其作用能约为2eV/nm2，因此石墨片层很容易在机械力的作用下剥离。
目前用于石墨烯机械剥离的方法包括介质研磨剥离、超声剥离、水射流剥离、均质机剥离及气流粉碎机剥离等。
介质研磨剥离是在介质的辅助作用下，通过研磨的作用使石墨烯从石墨片的表面一层层剥离。通常使用的介质包括水、表面活性剂、插层剂、剥离剂等，使用的研磨剥离设备包括球磨机、研磨机、振动磨、砂磨机等。
Zhao等利用球磨机在二甲基甲酰胺分散介质的辅助作用下将石墨片研磨剥离获得单层和少层石墨烯纳米片。研究表明该石墨烯在室温下有较高的电导率，其电导率约1.2×103S/m，并且这种球磨剥离法简单、高效，可以用来大规模生产石墨烯。Aparna等在强水溶性剥离剂的辅助作用下，利用球磨法原位制备了少层的石墨烯片。通过TEM、AFM表征手段得知，所得少层石墨烯片的厚度在2nm左右，将该方法合成的少层石墨烯片做成电极材料，比传统方法制备的石墨烯电极具有更高的比电容值和比电容密度，可以用来作为超级电容器的电极。
Antisari等以水为助磨剂，将石墨在臼式研磨机中研磨20h后，获得了具有较高比表面积的片状结构的石墨片。在剥离过程中，研磨机给石墨粉施加压力的同时带动石墨粉体相互摩擦，有效地避免撞击对石墨晶格造成的破坏，通过摩擦产生的剪切力对石墨晶体进行剥离。但由于研磨机提供的剪切能力有限，因此采用该设备剥离的石墨烯的厚度还不能达到单层石墨烯的要求。针对此缺陷，Chen等利用邻苯二甲酸二辛酯混合聚氯乙烯制备高分子粘结剂，利用粘结剂的黏结作用通过三辊研磨机剥离制备石墨烯。通过AFM表征，获得的石墨烯的厚度为1.3~1.4nm。通过控制剥离条件可以大量的连续制备石墨烯及其石墨烯聚合物复合材料。
北京航天航空大学通过将鳞片石墨和表面活性剂溶液混合超声，利用研磨机研磨过程中的剪切作用，实现鳞片石墨的剥离制备。该制备方法工艺简单，可以大规模的进行石墨烯工业化生产。
此外，中国专利公开号CN105271206A公开了一种利用螺杆机剪切剥离制备石墨烯的方法，创造性地提出利用螺杆机的连续剪切力，从而使石墨被连续剥离获得石墨烯。该剥离方法不仅最大限度的保留了石墨烯的层面结构，而且可以连续稳定制备石墨烯，进一步推动了石墨烯的量产化生产。因此，利用螺杆机剥离制备石墨烯为低成本连续规模化生产石墨烯提供了一种可行的途径。
介质研磨剥离制备石墨烯具有工艺简单、成本低廉、可规模化生产石墨烯的优势，但此方法主要是通过将石墨粉碎成细小尺寸而获得的，研磨过程对石墨层产生巨大的冲击力，不但使石墨烯的尺寸面积变小，而且石墨烯的层晶格也受到影响，因此利用此方法制备的石墨烯尺寸较小、晶格缺陷大，难以制备大尺寸高质量的石墨烯。
超声波剥离法是目前常用的一种方法，就是利用超声波产生的空化效应释放的巨大能量将石墨片层进行剥离而制备石墨烯的方法。
2008年，Coleman等将石墨分散在NMP溶剂中，通过超声处理30min，离心去除未被剥离的石墨颗粒，可直接获得高质量的石墨烯。通过TEM、XPS表征，通过该方法得到单层和少层(n＜5)的石墨烯，且制备的石墨烯没有晶形结构完整，没有缺陷。Chen等通过对鳞片石墨进行酸插层处理，通过高温膨胀得到膨胀石墨，利用超声剥离获得石墨烯微片。通过表征，获得的石墨烯微片的厚度约为50nm，实验证明，随着超声时间的延长，得到的石墨烯微片的尺寸越来越小。
超声剥离制备石墨烯的生产工业简单，尤其适用于大批量地生产石墨烯悬浮液。但是，超声过程中会发生石墨烯团聚的现象，虽然在剥离过程中可以加入表面活性剂以及对石墨烯进行分散来防止团聚，但会导致所得的石墨烯悬浮液的浓度较低，限制了其应用。
水射流是一种粉碎技术，主要用于矿物原料的粉碎，利用物料颗粒经水射流加速后形成冲击力、水射流的冲击力以及物料之间的摩擦作用力三种作用力的相互作用下实现物料的粉碎和剥离。
因此水射流技术可以用来剥离石墨材料制备石墨烯微片，将石墨材料进行预处理，弱化石墨层之间范德华力，再通过水射流粉碎机的高压水射流使石墨粉在水射流、紊流和空化的作用下粉碎剥离，可获得石墨烯微片。
均质机（包括乳化机）剥离制备石墨烯是利用高速旋转产生的能量，使石墨材料受到强烈的机械及液力剪切、高速撞击剥离、离心挤压力、液层摩擦和气蚀等综合作用下，使石墨层与层之间产生晶面水平错位和滑移运动，进而将石墨快速剥离，经过高频的循环往复，最终得到稳定的石墨烯。
哈尔滨工业大学的刘宇航研究了少层石墨烯增强镍基复合材料的制备与性能研究，先将粒径较粗的镍粉研磨后分离得到纳米镍粉，将纳米镍粉鳞片石墨混合通过均质机剥离石墨并制备复合材料，结果表明通过均质机的高速剪切也可以剥离出比较薄层的石墨烯，但是由于发生团聚加上镍粉的分离工艺复杂造成石墨烯的产率过低。华东理工大学的胡呈元等人[23]将氧化石墨经过高剪切分散乳化机高速剪切后再进行超声剥离得到氧化石墨烯，然后还原得到石墨烯。实验结果表明，经过高速剪切处理后的氧化石墨更易于剥离成石墨烯，有利于氧化石墨的还原，提高了石墨烯的制备效率和质量。
气流粉碎方法是一种常用的颗粒制备方法，在其制备颗粒的过程中，由于没有其他介质的存在，只是利用物料之间的相互碰撞摩擦而使物料破碎剥离，因而，气流粉碎剥离法也是一种无污染的高纯颗粒制备方法。
气流粉碎剥离制备石墨烯是通过带料射流的碰撞摩擦而使石墨颗粒在粉碎剥离腔中进行循环连续粉碎剥离。
北京航天航空大学的发明专利公开了采用气流粉碎剥离方法制备石墨烯前驱体二维纳米石墨粉的工艺和装置，采用三股超音速射流共同携带石墨颗粒，通过带料射流的碰撞与摩擦，实现石墨颗粒的高纯粉碎与剥离，通过石墨颗粒的循环连续粉碎剥离，由此获得二维纳米石墨粉。由于采用该工艺对石墨颗粒进行粉碎与剥离，是利用石墨颗粒之间的相互碰撞与摩擦来实现石墨粉的粉碎与剥离，不存在其它介质的磨损，因而能够获得高纯度的二维纳米石墨粉。谭彬的发明专利公开了一种石墨烯的制备方法，将石墨材料与嵌入剂超声分散处理形成粗产物，进行高温膨化处理，利用高速气流粉碎装置进行剥离，在高速气流分子的撞击下，最终使得石墨烯从石墨上逐层剥离下来，获得层数为2～8层的少层石墨烯。
