在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化構成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與另外三個原子相連。六個碳原子在同一個平面上構成了正六連連形的環，擴展成片層結構，這兒C-C鍵的鍵長皆為142pm，這正好歸于原子晶體的鍵長范圍，因而對于同一層來說，它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌跡，它們相互堆疊。電子比較自在，相當于金屬中的自在電子，所以石墨能導熱和導電，這正是金屬晶體特征。因而也歸類于金屬晶體。
    石墨晶體中層與層之間相隔340pm，距離較大，是以范德華力結合起來的，即層與層之間歸于分子晶體。但是，因為同一平面層上的碳原子間結合很強，極難損壞，所以石墨的溶點也很高，化學性質也穩定。
    鑒于它的特殊的成鍵方法，不能單一的認為是單晶體或者是多晶體，現在普遍認為石墨是一種混合晶體。