金刚石是立体网状结构，在金刚石结构中，碳原子具有四价状态，即sp3杂化状态。金刚石结构的基本特点是每个碳原子与4个邻近的碳原子相连，它们处在四面体顶角方向，每个碳原子与4个邻近的碳原子共用四对价电子，形成4个共价键与其周围的原子连接，形成一个四面体。金刚石晶体是由许多四面体叠加而成。任意抽出2个相邻的共价键，每两个单键归两个六元环所有，而不是只归一个六元环所有（如图所示，红色的两个碳单键，可以构成蓝色和紫红色的两个六元环）。

晶体格子中，一个原子与相邻四个原子具有正四面体结构的情况，存在立方晶系和六方晶系两种可能，天然金刚石和人造金刚石一般都是立方晶系金刚石，但也存在一种六方晶系金刚石。把具有这两种晶体结构的金刚石分别称为立方金刚石和六方金刚石。

立方金刚石的晶体结构：

立方金刚石为等轴晶xi2，在常压和室温下晶格常数为0.356-0.327nm。

这种晶体结构可以分割成许多相同的立方晶胞，晶胞表面上的原子分布正好形成一个面心立方结构，晶胞内有四个原子，它们各自与一个顶角的原子和三个相邻面心的原子等距，并以共价键相联结，形成具有正四面体的结构。

六方金刚石的晶体结构：

六方金刚石属六方晶系，其晶格常数为a =0.252nm， c =0.412nm 。

这种晶体结构可以分割成许多相同的六方晶胞，每个原子与相邻的四个原子以共价键联结，具有正四面体结构。