ההבדלים בין יהלומים לגרפיט גדולים למדי בכל הנוגע למראה, קשיות ושימושים. עם זאת, גרפיט ויהלומים משותפים למדי, החל בתכונות כימיות וכלה בתכונות פיזיקליות.
גם גרפיט וגם יהלומים מיוצרים מתוך פחמן טהור. ההרכב הכימי של השניים זהה לחלוטין. זה עושה גרפיט ויהלומים אלוטרופיים של פחמן יחד עם אמורפי, אשר בדרך כלל נקרא פיח או פחמן שחור. אלוטרופים הם תרכובות שיש להן אותו כימי בעל מבנים שונים, מה שמביא לתכונות שונות. ההבדל טמון באופן שבו כל אטומי הפחמן מתיישרים ומתחברים זה לזה.
הקשרים המחזיקים את הפחמן זה לזה הם קשרים קוולנטיים. קשרים קוולנטיים הם קשרים המחלקים אלקטרונים בין אטומים. גם בגרפיט וגם ביהלומים אטומי הפחמן חולקים אלקטרוני ערך, אלקטרונים בקליפת האלקטרונים החיצונית ביותר, עם אטומי פחמן אחרים במבנה.
נקודות ההיתוך של הגרפיט והיהלום הן גבוהות מאוד. נקודת ההיתוך של הגרפיט היא 4200 מעלות קלווין, ונקודת ההיתוך של היהלום היא 4500 מעלות קלווין. למעשה, כאשר יהלום נחשף לחום גבוה ולהפצצת יונים, הוא יתחיל להמיר חזרה לגרפיט, שהוא מבנה יציב יותר לאטומי פחמן.
גרפיט ויהלום חולקים מאפיינים אחרים שלא נמצאים במינרלים אחרים מבוססי פחמן. לדוגמא, גרפיט ויהלום מופיעים באופן טבעי בכדור הארץ. שני המינרלים עשויים להיות מיוצרים גם במעבדה. פחמן לבן לא נמצא בטבע ונוצר רק במעבדה; זה יכול לפצל קרן אור לשניים.