Karbon forekommer i flere ulike allotropiske tilstander, hvor de best kjente er grafitt, diamant og amorft karbon. De fysiske egenskapene for karbonet i dets ulike allotropiske tilstander er meget ulike: for eksempel er diamant i høy grad transparent, mens grafitt har høy opasitet, og er sort; diamant er et av de hardeste materialene man kjenner, grafitt er bløtt nok til å danne streker på papir (derav dets navn, som er avledet fra det greske ordet for «å skrive»); diamant har lav elektrisk ledningsevne, grafitt er en utmerket elektrisk leder. Under normale forhold har diamant den høyeste varmeledningsevnen av alle kjente materialer.