Kim cương là một dạng rắn của carbon tinh khiết với các nguyên tử được sắp xếp trong tinh thể. Carbon rắn có các dạng khác nhau được gọi là allotropes tùy thuộc vào loại liên kết hóa học. Hai allotropes phổ biến nhất của carbon tinh khiết là kim cương và graphite. Trong graphite, các liên kết là lai quỹ đạo sp2 và các nguyên tử hình thành trong các mặt phẳng với mỗi liên kết với ba hàng xóm gần nhất cách nhau 120 độ. Trong kim cương, chúng là sp3 và các nguyên tử hình thành tetrahedra với mỗi liên kết với bốn hàng xóm gần nhất.