二维材料的平面内化学键非常强，而两层以上二维材料的层间相互作用则非常弱，一般为范德瓦尔斯相互作用。这使得二维材料可以通过机械剥离方法从其相应体材料制备而成。多层二维材料可能有多种层间堆垛方式，例如石墨烯存在AB，ABC甚至转角的堆垛方式。二维材料按照晶格结果或堆垛方式又可以划分为各向同性（以石墨烯，TMDs，h-BN为代表）和各向异性（以ReS2和黑磷为代表）二维材料。两种或多种性质相似的二维材料还可以形成二维合金材料（以TMDs合金为代表），甚至还可以通过人为方式按照一定序列将不同二维材料采用水平或垂直方式组装形成二维异质结构。以上所有这些材料和结构的能带结构和光学性质都会随着层数或者厚度的改变而显著地发生改变，并且厚度是不连续的。
二维材料的光学性质随层数的变化规律可以通过各种光学方法探测，例如光学衬度谱、瑞利散射、拉曼光谱、光吸收谱、光致发光谱和二次谐波产生等。随着二维材料层数的增加，这些光谱的峰位、强度、线宽或者线型可能会发生显著改变，或者出现一些新的光学特征。利用这些光谱特征信息随层数的变化规律，可以对二维材料的厚度甚至堆垛方式等进行鉴别。