Диамантът и графитът са изградени от един и същ химичен елемент: чист въглерод.

Диамантът и графитът са класически примери за алотропия — явление, при което един елемент съществува в различни физически форми. И двата материала се състоят изцяло от въглеродни атоми, но техните химични връзки са коренно различни. В диаманта всеки въглероден атом е свързан с четири други чрез силни ковалентни връзки в тетраедрална структура. Тази конфигурация прави диаманта най-твърдото естествено вещество по скалата на Моос с индекс 10.За разлика от него, в графита всеки въглероден атом е свързан само с три други в равнинни шестоъгълни слоеве. Тези слоеве се държат един за друг чрез слабите сили на Ван дер Ваалс, което им позволява да се плъзгат лесно. Именно това свойство прави графита отличен лубрикант и идеален материал за сърцевината на моливите. Тези структурни разлики се формират под влияние на специфични условия на околната среда.Диамантите се образуват при екстремно високо налягане от около 5 гигапаскала и температури над 1200 градуса по Целзий, обикновено на дълбочина 150-200 километра в земната мантия. Графитът е термодинамично по-стабилната форма на въглерода при стандартни условия на повърхността. Изследвания на институции като Смитсоновия институт потвърждават, че въпреки еднаквия си състав, тези материали имат коренно различни оптични и проводими свойства. Докато диамантът е отличен изолатор, графитът е добър проводник на електричество.