그래핀을 이용한 저항 변화 메모리 소자 및 이의 동작방법이 개시된다. 본 발명에 의한 그래핀을 이용한 저항 변화 메모리 소자는 그래핀층과 산화물층 사이의 산화/환원 반응을 이용함으로써 소자의 면적에 관계없이 균일한 전기적 특성을 가지며, 고온에서도 리텐션(retention)특성이 우수하다. 또한, 그래핀을 이용한 저항 변화 메모리 소자의 동작방법은 상기 반응에 의한 소자의 저항 변화를 이용하여 별도의 포밍 과정 없이도 간단하고 용이하게 소자의 스위칭이 가능하다.