Le carbone possède plus de dix allotropes bien connus, dont deux fullerènes, quatre nanotubes à simple paroi et trois types de graphène ainsi que du carbone amorphe et du noir de carbone. Mais les allotropes les plus importants ne sont que deux :le graphite et le diamant. Les deux allotropes sont constitués uniquement d’atomes de carbone. La principale différence structurelle qui confère au graphite et au diamant des propriétés très différentes réside dans la manière dont ces atomes de carbone se lient.