碳有三種普遍的同分異構體分別是無定形碳、石墨和金鋼石。

金鋼石是一種由是碳元素構成的礦物質，是大自然中最硬實的化學物質，被稱作強度之首和石塊之首的盛名。金鋼石的結晶體夾角54度44分8秒。二十世紀50年代，英國以石墨為原料，在超高壓下取得成功地生產制造出人造鉆石。到迄今為止，人造鉆石已被廣泛運用于生產制造和日常生活。

無定形碳一般指木碳、焦碳、骨炭、糖炭、活性碳和碳黑。除碳含量約為10%外，其他主要成分為原素碳。煤是一種純天然的無定形碳，帶有碳、氫、氮等化學物質。無定形碳并不是指這種化學物質的樣子，只是指其內部構造。事實上，他們的內部構造并不是真實的無定形體，只是一種與石墨構造類似的結晶。

大部分無定形碳是大概平行面于相互的石墨層構造分子結構精彩片段，不規律集聚在一起，可稱之為無規矩層構造。碳原子根據金剛石結構的四面體鍵融合在層或殘片中間。當碳原子在這個四面體中常占的占比非常大時，非晶態碳便會發硬，如焦碳和玻璃碳。

工業生產上常見的炭素商品，就是指從非晶碳原料（如煤、石油焦、瀝清焦等）中純化的炭素商品。伴隨著原料和制作工藝的不一樣，這類碳商品中石墨晶體構造在是碳元素分子結構中常占的占比也會各有不同。一般來說，石墨晶體的成份越多，碳的純凈度越高，特性和價錢就越高。

因為碳材料和石墨原材料的實質區別并不大，很多碳商品也被稱作“石墨XX”。比如，煉鐵制造行業常見的大中型電級稱之為“石墨電級”。實際上，它是一種碳商品，而不是真實實際意義上的石墨電級。從外型上看，普遍的碳產品容積很大，如冶金工業電動機、冶煉廠爐料磚（碳塊）、碳熱管散熱器等。

石墨，一種原素碳的同分異構體。每一個碳原子由三個其他碳原子(以蜂窩狀方式排序的好幾個六角形)緊緊圍繞，并根據化學鍵融合以產生共價鍵分子結構。由于每一個碳原子都發送一個能隨意挪動的電子器件，因此 石墨是一種導電性原材料。

石墨分成純天然石墨和人工合成石墨。純天然石墨鐵礦石可分成土石墨和魚鱗石墨，在其中魚鱗石墨是不錯的純天然石墨。人工合成石墨是對碳材料開展生產加工獲得的石墨原材料，歸屬于無定形碳類，提升了碳的純凈度，進一步提高了石墨晶體構造的占比。石墨原材料和碳材料一樣，能夠 做成電級、耐火保溫材料和別的工業品。殊不知，因為其不錯的特點，它已被運用于很多高檔行業。如高溫潤滑液、鋰電池材料鍍層改性材料等。

總的來說，從理論上講，碳材料事實上是帶有較多非晶碳構造的碳材料。石墨原材料主要是含石墨晶體的碳材料。二者存有著關聯性，也是有顯著的差別。