Kim cương cứng nhất trong tự nhiên, trong khi đó than chì mềm đến mức có thể sử dụng sản xuất lõi bút chì 6B dùng đ

- Sự sắp xếp của các nguyên tử carbon trong kim cương ở dạng tứ diện, đồng nghĩa rằng mỗi nguyên tử carbon được gắn liền với 4 nguyên tử cacbon khác, hình thành liên kết hóa trị mạnh mẽ.

- Sự sắp xếp tinh thể này rất thuận lợi và đem đến đặc điểm sức mạnh, độ bền và độ cứng cho kim cương. Để làm xước hoặc phá vỡ kim cương đòi hỏi một lực cực lớn, và chính cấu trúc này khiến kim cương trở thành một trong những vật liệu cứng nhất trong tự nhiên.

- Than thì thì hoàn toàn ngược lại với sự sắp xếp hình học hoàn toàn khác so với kim cương. Các nguyên tử cacbon xếp thành các lớp 2D, mỗi nguyên tử cacbon sẽ liên kết với ba nguyên tử cacbon khác để hình thành nên hình sáu cạnh trong một chuỗi dài vô hạn. Dù liên kết nguyên tử trong mỗi lớp là các liên kết cộng hóa trị và khá mạnh (tương đương kim cương) nhưng liên kết giữa các lớp với nhau lại rất yếu (do lực Van der Waals).

- Kết quả của sự sắp xếp này là các lớp trượt lên nhau và có thể tách khỏi nhau dễ dàng. Những liên kết yếu giữa nhiều lớp nguyên tử carbon làm cho than chì được sử dụng phổ biến trong bút chì và có thể gọt dễ dàng. Bên cạnh mềm và trơn, than chì cũng có mật độ thấp hơn nhiều so với kim cương.