石墨是介于原子晶體、金屬晶體和分子晶體之間的過渡晶體。在晶體中，同層碳原子通過sp2雜化形成共價鍵，每個碳原子與其他三個碳原子相連，六個碳原子在同一平面上形成正六角環(huán)，延伸形成層狀結(jié)構(gòu).同一平面上的碳原子各有一個p軌道左，它們相互重疊形成離域的π鍵。電子可以在晶格中自由移動，可以被激發(fā)，因此石墨具有金屬光澤，可以導(dǎo)電和導(dǎo)熱。由于層間距離大，結(jié)合力（范德華力）小，每一層都可以滑動，所以石墨的密度比金剛石低，而且柔軟光滑。

石墨的每個網(wǎng)絡(luò)層之間的距離為3.40?，由范德華力結(jié)合，即各層屬于分子晶體，同一網(wǎng)絡(luò)層中的碳原子之間的距離為1.42?，由于碳同一平面層上的原子。它們之間的結(jié)合力很強(qiáng)，極難破壞，所以石墨的熔點(diǎn)也很高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。鑒于其特殊的鍵合方式，不能將其視為單晶或多晶?，F(xiàn)在普遍認(rèn)為石墨是一種混晶。

石墨屬于完全層狀解理的六方晶系。解理面以分子鍵為主，對分子的吸引力較弱，因此其自然浮力很好。