Алмаз — прозрачное кристаллическое вещество, самое твёрдое из всех природных веществ. Он служит эталоном твёрдости по так называемой шкале Мооса и по десятибалльной системе оценивается высшим баллом 10. Такая твёрдость алмаза обусловлена особой структурой его атомной кристаллической решётки. В ней каждый атом углерода окружён четырьмя такими же атомами, расположенными в вершинах тетраэдра. Кристаллы алмаза обычно бесцветные, но иногда за счёт примесей приобретают синюю, голубую, красную или чёрную окраску. Они обладают очень сильным блеском благодаря высокой светопреломляющей и светоотражающей способности.
Графит — тёмно−серое, жирное на ощупь кристаллическое вещество с металлическим блеском. В отличие от алмаза, графит — очень мягкий, непрозрачный материал, хорошо проводит теплоту и электрический ток, тугоплавкий. Мягкость графита, его способность оставлять серый след на поверхностях других материалов обусловлены его слоистой структурой. В кристаллической решётке графита атомы углерода, лежащие в одной плоскости, прочно связаны в шестиугольники, а вот связи между слоями относительно слабые. Из графита изготавливают электроды, твёрдые смазки трущихся деталей, замедлители нейтронов в ядерных реакторах, стрежни для карандашей. Сходное с графитом строение имеют разновидности так называемого аморфного углерода — сажа и древесный уголь. Главное отличие аморфного углерода от графита состоит в том, что мельчайшие кристаллики в аморфном веществе расположены не упорядоченно, а хаотически. Сажу получают разложением при высокой температуре природного газа. Основная составляющая природного газа — метан разлагается на углерод и водород.