在石墨晶體中，同層的碳原子以sp2雜化構成共價鍵，每一個碳原子以三個共價鍵與別的三個原子相連。六個碳原子在同一個平面上構成了正六連連形的環，伸展成片層結構，這兒C-C鍵的鍵長皆為142pm，這正好屬于原子晶體的鍵長規模，因此關于同一層來說，它是原子晶體。在同一平面的碳原子還各剩下一個p軌道，它們相互堆疊。電子比較自在，相當于金屬中的自在電子，所以石墨能導熱和導電，這正是金屬晶體特征。因此也歸類于金屬晶體。
    鑒于它的特殊的成鍵方法，不能單一的認為是單晶體或者是多晶體，按現代的表述方法，認為石墨是一種混合晶體。