Le diamant est le matériau naturel le plus dur au monde grâce à sa structure atomique en 3D parfaitement verrouillée.

La dureté du diamant est mesurée à 10 sur l'échelle de Mohs, le niveau maximal pour un minéral naturel. Cette résistance exceptionnelle provient de la cristallographie aux rayons X, une technique perfectionnée par William Henry Bragg et son fils Lawrence Bragg en 1912. Leurs travaux ont révélé que les atomes de carbone sont disposés dans un système cristallin cubique centré sur les faces. Chaque liaison carbone-carbone mesure exactement 0,154 nanomètre, créant une densité atomique inégalée.Dans un diamant, les électrons sont partagés de manière égale entre les atomes par des liaisons covalentes de type hybridation sp3. Cette configuration géométrique répartit les forces de pression de manière uniforme dans toutes les directions de l'espace. À titre de comparaison, le graphite possède des liaisons sp2 organisées en feuillets qui se détachent facilement, ce qui explique pourquoi il est utilisé dans les mines de crayons.Sur le plan thermique, le diamant possède la conductivité la plus élevée de tous les solides, environ cinq fois supérieure à celle du cuivre. Il faut atteindre une température de 4 027 °C dans le vide pour qu'il commence à se transformer en graphite. Dans l'air ambiant, il ne s'oxyde qu'à partir de 700 °C à 900 °C. Des diamants célèbres comme le Cullinan, découvert en 1905, prouvent cette stabilité physique en conservant leur éclat malgré des pressions géologiques subies pendant des milliards d'années.