在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化构成共价键，每一个碳原子以三个共价键与另外三个原子相连。六个碳原子在同一个平面上构成了正六连连形的环，扩展成片层结构，这儿C-C键的键长皆为142pm，这正好归于原子晶体的键长范围，因而对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨迹，它们相互堆叠。电子比较自在，相当于金属中的自在电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因而也归类于金属晶体。
    石墨晶体中层与层之间相隔340pm，距离较大，是以范德华力结合起来的，即层与层之间归于分子晶体。但是，因为同一平面层上的碳原子间结合很强，极难损坏，所以石墨的溶点也很高，化学性质也稳定。
    鉴于它的特殊的成键方法，不能单一的认为是单晶体或者是多晶体，现在普遍认为石墨是一种混合晶体。