石墨是一种混合晶体，在石墨晶体中，同层的碳原子以sp2杂化形成共价键，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形成了正六连连形的环，伸展成片层结构，这里C-C键的键长皆为142pm，这正好属于原子晶体的键长范围，因此对于同一层来说，它是原子晶体。在同一平面的碳原子还各剩下一个p轨道，它们相互重叠。电子比较自由，相当于金属中的自由电子，所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。
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，即层与层之间属于分子晶体。但是，由于同一平面层上的碳原子间结合很强，难***，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式，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。所以石墨能导热和导电，这正是金属晶体特征。因此也归类于金属晶体。
石墨是碳质元素结晶矿物，它的结晶格架为六边形层状结构，具有导电性，与金刚石、碳60、碳纳米管等都是碳元素的单质，它们互为同素异形体。石墨在工业上运用极广，用于制作冶炼上的高温坩埚、机械工业的润滑剂、制作电极和铅笔芯;广泛用于冶金工业的耐火材料与涂料、军事工业火工材料安定剂、轻工业的铅笔芯、电气工业的碳刷、电池工业的电极、化肥工业催化剂等。
石墨棒的导热性和导电性是相当高的，其导电性比不锈钢高4倍，比碳素钢高2倍，比一般的非金属高100倍。其导热性，不仅超过钢、铁、铅等金属材料，而且随温度升高导热系数降低，这和一般金属材料不同，在极高的温度下，石墨甚至趋于绝热状态。因此，在超高温条件下，石墨的隔热性能是很可靠的。石墨棒常用于高温真空炉的电热体，在高温下易于氧化，除真空外，只能在中性气氛或还原性气氛中使用。它的热膨胀系数较小，热导率较大，耐高温，耐极冷极热性好，价格较便宜。
