O carbono tem mais de dez alótropos bem conhecidos, incluindo dois fulerenos, quatro nanotubos de parede única e três tipos de grafeno, bem como carbono amorfo e negro de fumo. Mas os alótropos mais importantes são apenas dois:grafite e diamante. Ambos os alótropos consistem apenas em átomos de carbono. A principal diferença estrutural que confere ao grafite e ao diamante propriedades muito diferentes reside na forma como esses átomos de carbono se ligam.