碳原子都以sp混成轨域与另外4个相邻的碳原子形成共价键，每四个相邻的碳原子均构成正四面体。晶体类型为金刚石结构，因此未经琢磨过的晶体外形往往为正八面体。金刚石中的C-C键很强，所有的价电子都参与了共价键的形成，没有自由电子，所以金刚石硬度非常大，不导电，熔点在3815℃。金刚石在纯氧中燃点为720-800℃，在空气中为850-1,000℃。在工业上，金刚石主要用于制造钻探用的探头和磨削工具。形状完整的金刚石经过打磨，称为钻石，可用于制造高档饰品，价格非常昂贵。碳有三种已知的同素异形体：金刚石、石墨和富勒