石墨內部的碳原子呈層狀擺放，一個碳原子鄰近只要3個碳原子與其相連，碳與碳組成了六邊形的環狀，無窮多的六邊形組成了一層。層與層之間聯絡力非常弱，而層內三個碳原子聯絡很牢，因此受力后層間就很容易滑動，這就是石墨很軟能寫字的原因。
         金剛石內部的碳原子呈“骨架”狀三維空間擺放，一個碳原子鄰近有4個碳原子相連，因此在三維空間形成了一個骨架狀，這種結構在各個方向聯絡力平均，聯結力很強，因此使金剛石具有高硬度的特性。
        石墨和金剛石的硬度差別如斯之大，但人們仍是希望能用人工合成方法來獲取金剛石，因為天然界中石墨(碳)藏量是很豐盛的。但是要使石墨中的碳變成金剛石那 樣擺放的碳，不是那么容易的。十八世紀后期，人們就開端尋找合成的途徑，直至本世紀中葉。1938年學者羅西尼經過熱力學核算，奠定了合成金剛石的理論基 礎，算出要使石墨變成金剛石，至少要在15000個大氣壓,攝氏1500度的高溫前提下才可以，到50-60年代建成了能到達上述前提的儀器設備。石墨在 5-6萬大氣壓（（5-6）×103MPa）及攝氏1000至2000度高溫下，再用金屬鐵、鈷、鎳等做催化劑，可使石墨轉變成金剛石。