钻石的成分是碳。其碳12原子的结构特征是每个碳原子都有四个共价键，C原子间等间距排列，C-C键长为0.154nm，原子间结构牢固，组成具有四个角相等的正四面体，形成一个钻石晶胞。同时，四个角又是其它四面体晶胞的一部分。由四面体组成的钻石，常见有立方体、八面体、菱形十二面体晶体。

每个C原子周围4个C原子组成共价键，C原子间等间距排列C-C键长为0.154nm，原子间结合牢固。

立方面心格子，C原子占据立方体的角顶，面中心以及相间排列的小立方体中心。

晶体是内部原子具有规则排列的固体，内部的有序排列导致外部一定的几何形态。

由同形等大的面围成的封闭图形。钻石常见单形有：立方体、八面体、菱形十二面体等。

两个或两个以上多个单形按一定的对称规律聚合在一起的图形。钻石常见聚形有：八面体、菱形十二面体等。

两个单体或多个单体按一定的对称方式结合在一起，彼此间有结晶学关系（成核时即形成双晶）。常见的双晶有接触双晶、穿插双晶。

外力作用下，晶体沿结晶薄弱的方向裂开成平整、光滑平面的性质。

结构中无自由电子，无未结合的键（即使是表面也极少），C-C原子间间距短，共价键力强，由此形成高硬度特征。

韧性是物体抵抗分裂的能力；脆性是物体受力破碎的程度。钻石比玉石（硬玉、软玉）韧性差，脆性大。

钻石结构具有低的热膨胀性及高的导热性。无裂、无包裹体的钻石，真空加热1000℃以上再冷却，仍然完好。

由于C原子轻，共价键力强，原子振动频率高，等轴有序结构，各方向均匀快速散热，使得钻石在常见的非金属宝石中具有最高的导热性。

由于晶体表面未占用的键可与气体分子结合，极性低的表面吸油比吸水的表面张力使其呈滴状。