Diamantes, a pedra mais dura da Terra e símbolo de luxo, e grafite, material usado em lápis comuns para escrever no papel — ambos são feitos do mesmo composto químico: apenas carbono. A diferença dramática entre eles — diamantes muito duros, brilhantes e transparentes; grafite macio, preto e fosco — é apenas o resultado de como os mesmos átomos de carbono estão dispostos em estruturas diferentes.
Nos diamantes, cada átomo de carbono está ligado a quatro outros átomos de carbono em uma estrutura tridimensional chamada rede tetraédrica. Cada ligação nesta rede é extremamente forte, e esta força tridimensional é o que torna o diamante o material mais duro existente naturalmente — segundo a escala Mohs, o diamante obtém o valor perfeito 10.
No grafite, os átomos de carbono estão dispostos em camadas planas chamadas grafeno. Em cada camada, cada átomo de carbono está ligado a três outros átomos formando um padrão hexagonal muito forte. No entanto, as ligações entre essas camadas são muito fracas, permitindo que as camadas deslizem facilmente umas sobre as outras — é por isso que o grafite tem textura lisa e é bom como lubrificante, e por que deixa marca no papel quando pressionado.
Em temperaturas e pressões extremamente altas (cerca de 1.000 graus Celsius e pressão de 45.000-60.000 atmosferas), o grafite pode ser convertido em diamante em um processo usado industrialmente para produzir diamantes sintéticos. Diamantes se formam naturalmente a cerca de 160 quilômetros de profundidade sob a superfície da Terra, sob temperaturas e pressões adequadas.