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。
