虽然金刚石和石墨都是由碳原子组成，但由于碳原子的排列顺序不同，所以金刚石和石墨物理性质不同。
金刚石是立方晶体结构，在金刚石晶体中，每个碳原子都以SP3杂化轨道与另外4个碳原子形成共价键，构成正四面体。
由于金刚石中的碳碳键很强，所以金刚石硬度大，熔点极高;又因为所有的价电子都被限制在共价键区域，没有自由电子，所以金刚石不导电。
石墨全部以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成三个共价单键并排列成平面六角的网状结构，这些网状结构以范德瓦耳斯力联成互相平行的平面，构成层片结构，属六方晶系，具完整的层状解理。
解理面以分子键为主，对分子吸引力较弱，故其天然可浮性很好。
但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，极难破坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定。
金刚石和石墨的化学性质体现在化学性质活性上的不同。
因为化学性质主要由原子核外的电子，尤其是外层电子决定，但是也与晶体结构、化学键、分子结构有关。
金刚石俗称“金刚钻”。
也就是我们常说的钻石的原身，它是一种由碳元素组成的矿物，是碳元素的同素异形体。
金刚石是自然界中天然存在的最坚硬的物质。
石墨可以在高温、高压下形成人造金刚石。
也是贵重宝石。
石墨是元素碳的一种同素异形体，每个碳原子的周边连结着另外三个碳原子，排列方式呈蜂巢式的多个六边形，以共价键结合，构成共价分子。