金刚石，光彩耀眼、无色透明，是正八面体形状的坚硬固体。石墨，深灰色，不透明，细鳞片状固体，滑腻，质地软，在纸上划过可留下痕迹。金刚石和石墨的物理性质大相径庭，当令人意外的是，它们竟然是一对“孪生”兄弟，都由碳元素组成，被称“同素异形体”。
金刚石是自然界中天然存在的最坚固的物质，依照莫氏硬度规范，金刚石为最高级10级，可以用来切开玻璃、做钻头等。石墨滑腻、能够用来做铅笔芯、润滑剂等。既然它们均由碳原子构成，为何金刚石坚固石墨滑腻呢？这主要取决于它们的分子结构。
金刚石中每个碳原子都与周围的4个碳原子经过激烈的相互作用紧密结合，两个“紧密结合”的碳原子之间的间隔约为0.155nm，然后构成细密的三维结构，正是这种细密的结构，使得金刚石成为天然存在的最坚固的物质。
石墨的结构是层状的，就一个片层而言，每1个碳原子会与其周围的3个碳原子经过激烈的相互作用紧密结合，“紧密结合”的两个碳原子之间的间隔约为0.142nm，但层与层之间相距为0.335nm，由于间隔比较大，碳原子的相互作用较弱，因而很容易沿着与层面平行的方向滑动、裂解，所以石墨很软、有滑腻感。
通过对比金刚石和石墨的结构，可以看出，钻石结构更为细密。但因为石墨的一个片层中，碳原子间的间隔比金刚石小，相互作用更强，更难被损坏，所以石墨的熔点更高。
令人奇怪的是，金刚石和石墨的熔点不同，但沸点却相同，这又是什么原因呢？原来，金刚石和石墨熔化后，碳原子本来的摆放方法被打破，原子间的间隔持平，相互作用强度也相同，所以沸点相同。
另外，石墨就有导电性，而金刚石基本不导电，这又是为何呢？石墨的一个片层中，每个碳原子会与其周围的3个碳原子经过“共用电子对”构成激烈的相互作用，每个碳原子只要3个最外层电子参加这种“力”的构成，这样就会剩余1个自由电子。因为石墨拥有众多的自由电子，所以它能够导电。而金刚石中每个碳原子与其周围的4个碳原子经过“共用电子对”构成激烈的相互作用，碳原子最外层的4个电子简直都参加了这种“力”的构成，没有自由电子，所以不导电。
