碳是自然界中最常見的元素之一，也是地球上含量最豐富的元素之一，有很多常見物質都主要由碳元素組成。比如動植物和菌類等生命物種本身和這些生物遺體形成的煤、石油、天然氣等，再如石頭的主要成分是碳酸鈣，其中也有大量的碳元素。不過這裡我們重點講一下金剛石和石墨，這兩種東西都由純粹的碳元素組成，不像其他物質還有大量其他元素，然而這兩種東西各自呈現出來的性子卻完全不同。
金剛石可以做成鑽石，也可以說鑽石就是金剛石，其硬度非常高，是自然界中已知硬度最高的物質，其摩氏硬度是硬度為10，也是唯一一種摩氏硬度為10的自然界物質。但是石墨就不同了，它是自然界中最軟的物質之一，而且是又滑又軟，因此常被用作潤滑劑。
硬度不同之外，這兩種東西的色澤度也很不相同，石墨的顏色非常黑，是漆黑而不透明的，但是鑽石卻是透明的，透光性很好。
另外還有一個很大的不同就是金剛石並不導電，是良好的絕緣體；但是石墨的導電性能非常好，是優良的導體，甚至可以將石墨粉做成炸彈，這種石墨炸彈如果在敵方的發電廠、變電廠和供電系統上空中被引爆，飄灑下來的石墨碳纖維就可以將敵方的供電設施癱瘓掉，那麼敵方的工廠就無法運轉，城市也會陷入癱瘓狀態。
既然金剛石與石墨都是由碳元素組成的單質，它們的物理性質為什麼還會有這麼大的差異呢？這是由於其碳原子排列方式不同造成的。
金剛石和石墨都是碳元素的同素異形體。石墨中每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子，排列方式呈六邊形，以共價鍵結合，構成共價分子，這樣石墨中每個碳原子與其他碳原子只形成3個共價鍵，每個碳原子仍然保留1個自由電子來傳輸電荷，所以石墨可以導電。而且石墨中碳原子的結構為六角形，相互之間呈片狀重疊，這種層狀結構導致石墨受壓後很容易滑動，硬度也不高，所以石墨摸上去非常滑潤，是良好的固態潤滑劑。又因為扁平的石墨片材可吸收不同波長的光，因此表現為不透明的黑色。
但是金剛石晶體為正四面體結構，其中碳原子的4個孤對電子可以全部形成共價鍵，因此就沒有自由電子，這樣金剛石就不能導電。而且金剛石中碳原子以四價鍵連結，由於鑽石中的C-C鍵很強，所有的價電子都參與了共價鍵的形成，形成金字塔狀的晶體結構，所以金剛石硬度非常大。且金剛石的這種結構也使得它可吸收的光波段很少，照射到金剛石上的光線大部分被反射出去，因此它雖然硬度很高，看上去卻是透明的。
不過石墨和金剛石的分子和原子結構很難解體，因此它們都很耐高溫，金剛石的熔點是3550℃，而石墨常溫下壓根就沒有熔點，它會在3652℃～3697℃直接升華，因此石墨常被作為耐溫材料應用於各種高溫隔溫設施。