Sự khác biệt cơ bản giữa kim cương và than chì là cách các nguyên tử cacbon của chúng được sắp xếp để tạo thành cấu trúc tinh thể vật lý của chúng. Sự sắp xếp của các nguyên tử cacbon trong kim cương khiến chúng liên kết mạnh mẽ với nhau, trong khi các nguyên tử graphit được giữ cùng với một liên kết yếu hơn, tạo ra một chất vật lý mềm.
Các phân tử kim cương có hình dạng giống như một tứ diện hoàn hảo và được liên kết với nhau bởi các nguyên tử đơn lẻ tạo thành liên kết bền vững với bốn nguyên tử khác. Hình dạng của chúng làm cho kim cương thêm cứng và bền để chống lại lực nén và các liên kết bị đứt gãy.
Các phân tử graphit bao gồm một nguyên tử cacbon duy nhất được gắn với ba nguyên tử khác và tập hợp lại với những nguyên tử khác để tạo thành các tấm phân tử. Mặc dù các phân tử than chì riêng lẻ được liên kết chặt chẽ, nhưng các tấm mà chúng tạo thành lại yếu và dễ bị vỡ.
