過渡金屬二硫屬化物（transition-metal dichalcogenide）
想像一個分子三明治：一層金屬原子做餡，上下各一片非金屬麵包，整個三明治只有三個原子厚——再想像無數這樣的三明治鬆鬆地一個疊一個。這就是過渡金屬二硫屬化物，寫成 MX2。M 是過渡金屬，如鉬或鎢；兩個 X 是硫屬原子——硫、硒或碲。二硫化鉬 MoS2，也就是乾式潤滑劑裡那灰色的固體，是經典的例子。每一片三原子厚的板本身就是一個二維材料。
在一片板內，金屬與硫屬原子由強鍵維繫，金屬坐在六個硫屬原子構成的籠子中央——不是三角柱（常見的 2H 型）就是八面體（1T 型），這是把相同板以不同方式堆疊的兩種多型。關鍵在於，一片板與下一片之間只靠微弱的凡得瓦力相繫，所以晶體很容易在板與板之間劈裂——這正是 MoS2 滑溜、以及單片可以像石墨烯一樣被撕下的原因。一個單層就是一個 S-Mo-S 三明治，約 0.65 奈米厚。
二硫屬化物之所以不只是石墨烯的替角，是因為許多是貨真價實的半導體，而把它們薄化會改變結構的電子後果：塊狀 MoS2 有間接能隙，但單一單層有直接能隙、會在光下發光。所以在這裡，三個層次的結構——是哪些原子（化學）、它們被怎樣關籠（2H 對 1T 多型）、以及有幾層（一層對多層）——全都主導著行為。二硫屬化物被研究作為原子級薄的電晶體、發光體與觸媒，以及凡得瓦異質結構中的夥伴薄片。
二硫化鉬是許多高溫潤滑劑裡那深色、油膩的固體——它摸起來滑溜的原因和石墨一樣：S-Mo-S 板在它們微弱的凡得瓦間隙上彼此剪切滑動。把同樣的 MoS2 撕薄到單一片，它就不再只是潤滑劑，而變成一個會發光的直接能隙半導體——同樣的化學、只是一層而非多層。
一片 X-M-X 三明治板、以凡得瓦方式堆疊：單層 MoS2 獲得了塊材所沒有的直接能隙。
二硫屬化物意指每個金屬配兩個硫屬原子（「二」與硫屬 X），給出 MX2 的化學式——不是金屬與金屬的化合物。並非所有層狀 MX2 都是半導體；有些（如 NbSe2）是金屬性且會超導，所以「二硫屬化物就是半導體」只能當成有實在例外的經驗法則。