本質的區別在於結構。

石墨的各個原子間構成正六邊形是平面結構，呈片狀。

金剛石的各個原子間是立體的正四面體結構。

石墨與金剛石它們是由相同的化學元素構成的同素異形體，不同的是物質物理結構。雖然化學元素同屬於原子碳，物理結構的改變使它們的性質變化差異發生了巨大的變化。

石墨

石墨顏色黑至灰褐色，看似黑乎乎的但有光滑細膩感，質地很軟，可以用來在紙面上寫字做畫。有很好的導熱性與較強的導電性。石墨原子結構是正六方體平面，呈片狀。碳的一個原子與其它四個碳原子結合時，只能與三個碳原子緊密組合，另一個碳原子只能成為附近的遊離電子，並且不是保持在同一個平面上，距其它碳原子的距離較大，其密度比金剛石的密度小1.5倍。

金剛石

金剛石原子結構是立方體、正四面體、六面體、八面體、十二面體多種結構以單晶胞原子同極鍵相結合，不導熱不導電。金剛石每個碳原子都可以與其它的四個碳原子形成共鍵，並能成正方體緊密結合在一起。它的顏色可從無色到黑色伴有黃色，無色透明的鑽石可用於加工鑽石飾品，是非常珍貴的寶石。