Forskellene mellem diamanter og grafit er ret store, når det kommer til udseende, hårdhed og anvendelser. Imidlertid har grafit og diamanter ret meget til fælles, fra kemiske egenskaber til fysiske egenskaber.
Både grafit og diamanter er lavet ud af rent kulstof. Den kemiske sammensætning af de to er nøjagtig den samme. Dette gør grafit og diamanter til allotroper af kulstof sammen med amorfe, som almindeligvis kaldes sod eller kønrøg. Allotropes er forbindelser, der har samme kemiske sammensætning, men som har forskellige strukturer, hvilket resulterer i forskellige egenskaber. Forskellen ligger i, hvordan alle kulstofatomer retter sig og forbinder hinanden.
De bindinger, der holder kulstof til hinanden, er kovalente bindinger. Kovalente bindinger er bindinger, der deler elektroner mellem atomer. I både grafit og diamanter deler carbonatomer valenselektroner, elektroner i den yderste elektronskal med andre kulstofatomer i strukturen.
Smeltepunkterne for både grafit og diamant er meget høje. Grafits smeltepunkt er 4200 grader Kelvin, og diamants smeltepunkt er 4500 grader Kelvin. Faktisk, når en diamant udsættes for høj varme og ionbombardementer, vil den begynde at konvertere tilbage til grafit, som er en mere stabil struktur for kulstofatomer.
Grafit og diamant deler andre egenskaber, der ikke findes i andre kulstofbaserede mineraler. For eksempel forekommer både grafit og diamant naturligt på jorden. De to mineraler kan også produceres i laboratoriet. Hvidt kulstof findes ikke i naturen og er kun skabt i laboratoriet; den kan dele en lysstråle i to.