Τα διαμάντια είναι το σκληρότερο φυσικό υλικό στον κόσμο χάρη στην τέλεια κρυσταλλική δομή του άνθρακα.

Η εξαιρετική σκληρότητα του διαμαντιού οφείλεται στην τετραεδρική διάταξη των ατόμων άνθρακα. Κάθε άτομο σχηματίζει ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς με τέσσερα γειτονικά άτομα, δημιουργώντας ένα ενιαίο κυβικό πλέγμα χωρίς αδύναμα σημεία.Το 1912, οι φυσικοί William Henry Bragg και Lawrence Bragg χρησιμοποίησαν κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ για να αποδείξουν αυτή τη δομή. Η ανακάλυψη αυτή τους χάρισε το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1915, καθώς εξήγησε γιατί το διαμάντι διαφέρει τόσο πολύ από τον γραφίτη.Στον γραφίτη, τα άτομα άνθρακα είναι διατεταγμένα σε στρώματα που γλιστρούν εύκολα μεταξύ τους. Στο διαμάντι, η ενέργεια που απαιτείται για να σπάσουν αυτοί οι δεσμοί είναι τεράστια, καθιστώντας το υλικό νούμερο 10 στην κλίμακα σκληρότητας Mohs.Αν και το διαμάντι είναι εξαιρετικά σκληρό, μπορεί να καεί σε περιβάλλον καθαρού οξυγόνου σε θερμοκρασίες άνω των 700°C. Ωστόσο, σε κανονικές συνθήκες, παραμένει αναλλοίωτο για εκατομμύρια χρόνια, όπως αποδεικνύουν ιστορικά διαμάντια όπως το Koh-i-Noor.