石墨分子式為C，分子量為12.01。天然石墨呈鐵黑色、鋼灰色，條痕亮黑色，金屬光澤，不透明。晶體屬復六方雙錐晶類，常見單形有平行雙面、六方雙錐、六方柱，但完好晶形少見，一般呈鱗片狀或板狀。

石墨是元素碳的一種同素異形體（其它同素異形體有金剛石、碳60、碳納米管和石墨烯），每個碳原子的周邊連結著另外三個碳原子（排列方式呈蜂巢式的多個六邊形）以共價鍵結合，構成共價分子。由于每個碳原子均會放出一個電子，那些電子能夠自由移動，因此石墨屬于導電體。解理面以分子鍵為主，對分子吸引力較弱，故其天然可浮性很好。鑒于石墨特殊的成鍵方式，不能單一的認為石墨是單晶體或者是多晶體，現在普遍認為石墨是一種混合晶體。

按石墨結晶形態和工藝特性，將天然石墨分為三類：

1．致密結晶狀石墨

致密結晶狀石墨又叫塊狀石墨。此類石墨結晶明顯，晶體肉眼可見。顆粒直徑大于0．1毫米，比表面積范圍集中在0.1-1m2/g，晶體排列雜亂無章，呈致密塊狀構造。這類石墨礦品位很高，一般含碳量為60～65%，有時達80～98%，但其可塑性和滑膩性不如鱗片石墨好。

2．鱗片石墨

鱗片石墨晶體呈鱗片狀；這是在高溫高壓下變質而成的，有大鱗片和細鱗片之分。此類石墨礦品位不高，一般在2～3%，或10～25%之間。它是自然界中可浮性最好的礦石之一，經過多磨多選可得高品位石墨精礦。這類石墨的可浮性、潤滑性、可塑性均比其他類型石墨優越，因此其工業價值最大。

3．隱晶質石墨

隱晶質石墨又稱微晶石墨或土狀石墨，這種石墨的晶體直徑一般小于1微米，比表面積范圍集中在1-5m2/g，是微晶石墨的集合體，只有在電子顯微鏡下才能見到晶形。此類石墨的特點是表面呈土狀，缺乏光澤，潤滑性比鱗片石墨稍差。品位較高，一般固定碳含量60～85%。少數高達90%以上。一般應用于鑄造行業比較多。主要蘊藏在湖南郴州魯塘。隨著石墨提純技術的提高，土狀石墨的應用將越來越廣泛。

人造石墨（特種石墨），按成型方式可分為：

1．等靜壓石墨（三高石墨），但并非三高就是等靜壓；

2．模壓石墨；

3．擠壓石墨，多為電極材料。

按石墨顆粒度分為：

1、細結構石墨；

2、中粗石墨（一般的顆粒度在0.8mm左右）；

3、電極石墨（2-4mm）。

石墨具有如下特殊性質：

1、耐高溫性：石墨熔點為3850±50℃，沸點為4250℃，即使經超高溫電弧灼燒，重量損失很小，熱膨脹系數也很小。石墨強度隨溫度提高而加強，在2000℃時，石墨強度提高一倍。

2、導電、導熱性：石墨導電性比一般非金屬礦高一百倍。導熱性超過鋼、鐵、鉛等金屬材料。導熱系數隨溫度升高而降低，甚至在極高的溫度下，石墨成絕熱體。

3、潤滑性：石墨潤滑性能取決于石墨鱗片的大小，鱗片越大，摩擦系數越小，潤滑性能越好。

4、化學穩定性：石墨在常溫下有良好的化學穩定性，能耐酸、耐堿和耐有機溶劑的腐蝕。

5、可塑性：石墨的韌性好，可碾成很薄的薄片。

6、熱震性：石墨在常溫下使用時能經受住溫度的劇烈變化而不致破壞，溫度突變時，石墨的體積變化不大，不會產生裂紋。