Kim cương và than chì (graphite) có sự khác biệt lớn từ giá trị kinh tế đến tính chất vật lý, hóa học... Kim cương có khả năng khúc xạ ánh sáng tốt (chiết suất khoảng 2,5), ánh sáng có thể tán sắc qua các mặt của viên kim cương tạo ra màu sắc đẹp mắt. Trong khi than chì hấp thụ mạnh ánh sáng nên thường có màu xám tối.
Kim cương là chất cách điện nên có điện trở suất rất lớn so với than chì (chất dẫn điện khá tốt). Thực tế, điểm giống nhau duy nhất của kim cương và than chì là đều có cấu tạo mạng tinh thể từ nguyên tử carbon (C).
Mặc dù vậy, khi đi sâu về đặc điểm mạng tinh thể, chúng lại khác nhau: Đối với kim cương, một nguyên tử C sẽ liên kết với bốn nguyên tử C lân cận, một số cụm liên kết đó tạo thành khối lập phương vững chắc. Với than chì, một nguyên tử C chỉ liên kết với ba nguyên tử C lân cận, một số cụm liên kết này tạo thành mạng lục giác (dạng 2D), các lớp mạng lục giác dễ dàng tách rời nhau.
Nhờ có cấu trúc như trên mà kim cương là một trong những vật liệu cứng nhất trên Trái đất. Than chì, nhờ sự phân lớp liên kết yếu với nhau, đã mang lại cho nó khả năng viết.