Диамантът е най-твърдият естествен материал на Земята благодарение на своята уникална кристална структура, в която всеки въглероден атом е свързан с четири други в перфектна тетраедрална мрежа.

Твърдостта на диаманта се измерва по скалата на Моос, където той заема най-високата позиция с индекс 10. Тази изключителна твърдост произтича от ковалентните връзки между въглеродните атоми, подредени в тетраедрална структура. Всяка връзка има дължина точно 0,154 нанометра, което създава изключително плътна и стабилна кристална решетка.За разлика от графита, където въглеродните атоми са подредени в хексагонални слоеве със слаби връзки между тях, диамантът е триизмерна мрежа без равнини на лесно разцепване. Тази структура се формира при екстремни условия в земната мантия на дълбочина между 140 и 190 километра, където налягането достига до 5 гигапаскала, а температурите варират между 900 и 1300 градуса по Целзий.Изследвания на учени от Смитсоновия институт потвърждават, че повечето естествени диаманти имат възраст между 1 и 3,5 милиарда години. Въпреки че са най-твърдият материал, те не са неразрушими и могат да се разцепят при силен удар в определени посоки. Интересно е, че при нагряване над 700°C в среда с чист кислород диамантът окислява и се превръща в чист въглероден диоксид.