石墨内部的碳原子呈层状摆放，一个碳原子邻近只要3个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的环状，无穷多的六边形组成了一层。层与层之间联络力非常弱，而层内三个碳原子联络很牢，因此受力后层间就很容易滑动，这就是石墨很软能写字的原因。
         金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间摆放，一个碳原子邻近有4个碳原子相连，因此在三维空间形成了一个骨架状，这种结构在各个方向联络力平均，联结力很强，因此使金刚石具有高硬度的特性。
        石墨和金刚石的硬度差别如斯之大，但人们仍是希望能用人工合成方法来获取金刚石，因为天然界中石墨(碳)藏量是很丰盛的。但是要使石墨中的碳变成金刚石那 样摆放的碳，不是那么容易的。十八世纪后期，人们就开端寻找合成的途径，直至本世纪中叶。1938年学者罗西尼经过热力学核算，奠定了合成金刚石的理论基 础，算出要使石墨变成金刚石，至少要在15000个大气压,摄氏1500度的高温前提下才可以，到50-60年代建成了能到达上述前提的仪器设备。石墨在 5-6万大气压（（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可使石墨转变成金刚石。