碳有多种同素异形体，其中炭黑等是无定形态，金刚石、石墨为晶体。金刚石为原子晶体。常见的金刚石为立方金刚石，呈空间网状结构，碳原子4配位，空间利用率33%。还有一种不常见的六方金刚石，碳原子也为4配位。石墨一般认为是原子晶体，也有人认为是金属晶体、混合晶体，每层呈平面网状结构，碳原子为3配位。每层均有一个大π键。石墨氧化后可形成氧化石墨，也称膨胀石墨。
