Диамантите и графитът в моливите са направени от една и съща съставка: чист въглерод.

Въглеродните атоми могат да се подреждат в различни структури, наречени алотропни форми. В диаманта всеки въглероден атом е здраво свързан с четири други атома, образувайки пирамидална структура, наречена тетраедър. Тази 3D решетка е толкова здрава, че прави диаманта най-твърдия естествен материал на Земята.Графитът е формата на въглерода, която се намира в моливите. При него атомите се свързват само с три други атома, образувайки плоски листове с шестоъгълна форма, подобна на пчелна пита. Тези слоеве се държат помежду си от много слаби сили, което им позволява да се откъсват от молива и да остават върху хартията, когато пишете.Естествените диаманти се формират дълбоко в земните недра – на около 150 до 200 километра под повърхността. Този процес изисква температури над 1000 °C и налягане, което е около 50 000 пъти по-високо от атмосферното.През 1772 г. химикът Антоан Лавоазие използва огромна лупа, за да изгори диамант. Той доказва, че скъпоценният камък е изграден от въглерод, тъй като при изгарянето му се отделя въглероден диоксид. През 1797 г. Смитсън Тенант показва, че изгарянето на еднакво количество диамант и графит произвежда едно и също количество газ, което окончателно доказва, че те са химически идентични.